Stockage dangereux du peroxyde d'hydrog�ne, bac g�n�ral Liban 2023.

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Les solutions aqueuses de peroxyde d’hydrog�ne H2O2 (ou eau oxyg�n�e) sont tr�s utilis�es dans diff�rents domaines industriels comme agent de blanchiment ou comme d�sinfectant. Le stockage de ces solutions aqueuses doit faire l’objet d’une grande vigilance pour �viter les accidents dus � la surpression engendr�e par la production de dioxyg�ne gazeux. En effet, le peroxyde d’hydrog�ne en solution aqueuse se d�compose selon une transformation mod�lis�e par une r�action chimique dont l’�quation est : 2 H2O2(aq) → 2 H2O(ℓ) + O2(g) (�quation 1).
 Cette transformation �tant tr�s lente, les solutions aqueuses de peroxyde d’hydrog�ne sont relativement stables et peuvent �tre stock�es dans des r�cipients inertes et rigoureusement propres. Cependant, la d�composition du peroxyde d’hydrog�ne se trouve acc�l�r�e et les solutions deviennent instables sous l’action de certains facteurs :
- des traces de m�taux ou d’ions m�talliques (comme les ions Cu2+, Fe3+ , …) ;
- le pH : les solutions aqueuses de peroxyde d’hydrog�ne sont moins stables en milieu basique qu’en milieu acide (la stabilit� maximale se situe � un pH compris entre 3,5 et 4,5) ;
- une augmentation de la temp�rature ;
- les radiations : les rayons UV activent la d�composition.
A. Conditions optimales de stockage
Q.1. Le stockage des solutions de peroxyde d’hydrog�ne s’effectue dans des conteneurs en acier inoxydable. Justifier qu’il est imp�ratif que ces conteneurs soient opaques � la lumi�re et entrepos�s dans des endroits r�frig�r�s.
La lumi�re solaire contient des UV qui activent la d�composition.
La temp�rature �tant un facteur cin�tique, la d�composition est ralentie � basse temp�rature.
Q.2. Une solution aqueuse de peroxyde d’hydrog�ne pour laquelle la concentration en ions oxonium est mesur�e � 5,0�10-5 mol∙L -1 se situe-t-elle dans le domaine de stabilit� maximale ? Justifier par un calcul.
pH = - log(5,0�10-5) =4,3, valeur appartenant � la zone de pH de stabilit� maximale.

B. �tude de la vitesse de d�composition du peroxyde d’hydrog�ne.
 Un laboratoire sp�cialis� dans les risques chimiques r�alise une �tude sur la vitesse de d�composition de solutions aqueuses dilu�es de peroxyde d’hydrog�ne en pr�sence d’ions fer (III) Fe3+ . Pour suivre l’�volution temporelle de la concentration en peroxyde d’hydrog�ne, la quantit� de mati�re de H2O2 restante � diff�rentes dates est d�termin�e � partir de titrages colorim�triques successifs par les ions permanganate MnO4 - (aq) pr�sents dans une solution de permanganate de potassium. La r�action d’oxydor�duction support de titrage a pour �quation :
 2 MnO4 - (aq) + 6 H + (aq) + 5 H2O2 (aq) → 2 Mn2+(aq) + 5 O2 (g) + 8 H2O(l) (�quation 2).
 L’�tude est r�alis�e � partir d’une solution S de peroxyde d’hydrog�ne de concentration en solut� apport� CS. Dans un premier temps, la concentration avant d�composition CS est d�termin�e gr�ce � un titrage par les ions permanganate selon le protocole exp�rimental suivant.
- Verser un volume de 10 mL de solution S dans un b�cher de 100 mL.
- Ajouter un volume de 10 mL de solution d'acide sulfurique � 2,5 mol∙L-1 .
- Titrer par une solution de permanganate de potassium de concentration C = 5,0 x 10 -2 mol∙L-1 en ions permanganate. L’�quivalence est marqu�e par un brusque changement de couleur apr�s avoir ajout� un volume VE = 8,0 mL de solution titrante.
Q.3. Expliquer l’int�r�t de l’ajout d’acide sulfurique � la solution S.
Les ions H+ sont l'un des r�actifs ; ila sont apport�s par l'acide sulfurique.
 Q.4. L�gender le sch�ma du montage de titrage donn�.

 Q.5. En exploitant l’�quation 2, d�terminer la concentration CS de la solution S.
A l'�quivalence n(MnO4-) = C VE =5,0 10-2 x8,0 =0,4 mmol.
n(H2O2 ) = 2,5 n(MnO4-) =2,5 x0,4 = 1,0 mmol dans 10 mL de solution S.
CS = 1,0 / 10 = 0,10 mol/ L.
Le peroxyde d’hydrog�ne pr�sent dans la solution S se d�compose selon la r�action d’�quation 1 apr�s ajout des ions Fe3+. Le suivi de l’�volution temporelle de la concentration en H2O2 est r�alis� par titrages successifs aux dates 5, 10, 15 et 20 minutes. Les r�sultats exp�rimentaux obtenus � la temp�rature de 20 �C sont rassembl�s sur la figure suivante
. Q.6. Indiquer le r�le des ions Fe3+dans la d�composition du peroxyde d’hydrog�ne.
Catalyseur.
 Q.7. Compl�ter la figure en tra�ant ce que serait l’�volution temporelle de la concentration en quantit� de mati�re de H2O2 en absence d’ions Fe3+.

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C. �tude d’un accident industriel
 En 2015, un accident a eu lieu dans une usine agroalimentaire qui utilise une solution de peroxyde d’hydrog�ne pour d�sinfecter la ligne de production. Selon l’inspection des installations class�es, l’explosion serait due � une surpression dans le r�servoir de stockage de la solution de peroxyde d’hydrog�ne. Plusieurs pistes sont envisag�es pour expliquer la cause de l’accident, parmi lesquelles une r�action violente g�n�r�e par une impuret� pr�sente dans le r�servoir de stockage li�e au changement de capteur de pression du r�servoir effectu� 15 jours auparavant. La solution aqueuse de peroxyde d’hydrog�ne stock�e dans ce r�servoir a une concentration [H2O2]r�servoir = 1,2 mol∙L-1 .

Temp�rature du r�servoir 293 K. Pression dans le r�servoir P = 1,0 105 Pa.
Q.8. D�terminer la quantit� de mati�re d’air, not�e nair, qui occupe la partie sup�rieure du r�servoir.
nair = PV /(RT) =1,0 105 x0,150 /(8,314 x293)=6,157 ~6,2 mol.
On consid�re que le dioxyg�ne form� par la d�composition accidentelle du peroxyde d’hydrog�ne ne se dissout pas dans la solution aqueuse.
 Q.9. Calculer la pression finale atteinte dans le r�servoir, not�e Ptot, si le peroxyde d’hydrog�ne de la solution aqueuse se d�compose totalement en consid�rant que la temp�rature est maintenue constante. Commenter.
n(H2O2) =1,2 x103 mol ; n(O2) =0,5
n(H2O2)= 6,0 102 mol. .
Ptot =(nair +nH2O2) RT / V ~ 6,0 102 x8,314 x293 / 0,15=9,7 106 Pa, soit 97 fois la pression initiale, d'o� l'explosion..


  
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