Aurélie 20/03/08
 

 

Oxydoréduction. Analyse détaillée d'exercices réalisés sous forme de QCM.

Autour de l'ion permanganate.

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Oxydation de l'éthanol en acide éthanoïque.

Texte : la législation autorise l'addition de 5 % ( en volume) d'éthanol à l'essence. Va=20 mL de ce carburant sont oxydés par une solution acidifiée de permanganate de potassium C= 0, 4mol/L .Véquivalent = 24 mL. réthanaol = 790 kg m-3. C : 12 ; H : 1 ; O : 16 g/mol

Couples Ox/red : CH3COOH/CH3CH2OH et MnO4-/Mn2+.

Questions traitant de la quantité de matière d'alcool exprimée en mole, en gramme ou en mL.

Analyse :

Il faut écrire les demi-équations électroniques puis l'équation bilan.

5 fois { CH3CH2OH +H2O = 4H+ + 4e- + CH3COOH }

4 fois { MnO4- + 8H+ + 5e- = Mn2+ + 4 H2O }

5 CH3CH2OH + 4 MnO4- + 12H+ = 5 CH3COOH + 4 Mn2+ + 11 H2O .

d'où à l'équivalence : n(alcool) = 5/4 n( MnO4- ) = 1,25 n( MnO4- ).

Une quantité de matière (mol) est égal au volume (L) multipliée par la concentration (mol/L)

n(MnO4-) =C Véquivalent =0,4* 24 10-3 = 9,6 10-3 mol.

n(alcool) = 1,25 * 9,6 10-3 = 0,012 mol ; n(alcool) = 12 mmol.

Une concentration (mol/L) est une quantité de matière (mol) divisée par un volume (L).

[alcool] = n(alcool) / Va = 0,012/0,020 = 12/20 ; [alcool] = 0,6 mol/L.

Masse (g) d'alcool dans 1 L = quantité de matière (mol) * masse molaire (g/mol)

M = 12*2+6+16 = 46 g/mol ; m(alcool) = 0,6*46 = 27,6 g dans 1 L.

volume ( mL) = masse ( g) divisée par la masse volumique ( g/mL).

790 kg m-3 = 790 *103 / 106 g/cm3 = 0,79 g/cm3 = 0,79 g/mL.

1 mL a une masse de 0,79 g

V mL ont une masse de 27,6 g

d'où le volume d'alcool : 27,6 / 0,79 = 35 mL dans 1 L de carburant

pourcentage volumique : 35/1000 *100 = 3,5 %.

a) exact : après l'équivalence l'ion permanganate de couleur violette est en excès.

 Seules les affirmations contenant l'une des informations suivantes sont donc exactes
alcool éthylique ou éthanol.
quantité de matière
concentration
masse dans 1 L
volume
% volumique
0,012 mol = 12 mmol
0,6 mol/L
27,6 g/L
35 mL
3,5 %

 


Question traitant de la couleur de la solution.  

 Seul l'ion permanganate MnO4- est coloré ( violet assez foncé)

La burette contient la solution de permanganate de potassium ; l'erlenmeyer ou le becher contient la solution avec l'éthanol.

Avant l'équivalence : MnO4- est en défaut dans le becher, la solution est donc incolore.

A l'équivalence : MnO4- ajouté est en quantité stoechiomètrique, la solution est incolore.

Après l'équivalence : MnO4- est en excès dans le becher, la solution est donc rose violet.

Seule l' affirmation suivante est donc exacte

En ajoutant une goutte de solution de permanganate après l'équivalence, la couleur de la solution change.

 


 

Oxydation complète d'un mélange alcool ROH et aldehyde RCHO.

Texte : à partir de 80 g de ce mélange on obtient un produit unique, l'acide éthanoïque de masse m.

Le volume de la solution obtenue, notée S, est 1 L. On titre 10 mL de la solution S par de la soude (hydroxyde de sodium) de concentration CB= 1,0 mol/L.Véq = 18,0 mL.

C = 12 ; H= 1 ; O= 16 g/mol.

Couples acide / base : H2O / HO- ; CH3-COOH / CH3-COO-.

Analyse :

Questions traitant des quantité de matière d'alcool et d'aldehyde exprimées en mole, en masse.

On note a, la quantité de matière d'éthanol et b celle d'éthanal.

M( C2H6O, alcool) = 46 g/mol ; M( C2H4O éthanal) = 44 g/mol.

masse du mélange = masse éthanol + masse éthanal .

masse (g) = masse molaire (g/mol) * quantité de matière (mol)

m( éthanol )= 46 a ; m( éthanal) = 44 b.

80 = 46 a + 44 b (1)


Couples oxydant / réducteur : CH3-COOH / CH3-CH2-OH et CH3-COOH / CH3-CHO.

CH3-CH2-OH +H2O = CH3-COOH + 4H+ + 4e-.

Par oxydation ménagée, a mol d'éthanol donne a mol d'acide éthanoïque.

CH3-CHO +H2O = CH3-COOH + 2H+ + 2e-.

b mol d'éthanal donne b mole d'acide éthanoïque.

Couples acide / base : H2O / HO- ; CH3-COOH / CH3-COO-.

Equation de la réaction de titrage :

CH3-COOH + HO- = CH3-COO- + H2O.

La quantité de matière totale d'acide éthanoïque est déterminée par les données à l'équivalence du dosage :

n( acide) = n ( soude) = c Véq = 1*17,5 10-3 = 1,75 10-2 mol dans 10 mL de la prise

soit 1,75 mol dans 1000 mL ou 1 L.

Par suite : a+b = 1,75 (2)

a = 1,75 -b, repport dans (1) :

80 = 46(1,75-b) + 44 b

b = 0,25 mol d'éthanal ; a = 1,5 mol d'éthanol ;

m(éthanal) = 44*0,25 = 11 g ; m ( éthanol) = 46*1,5 = 69 g.

 Seules les affirmations contenant l'une des informations suivantes sont donc exactes
alcool éthylique ou éthanol.
aldehyde, éthanal
quantité de matière
masse
quantité de matière
masse
0,25 mol
11 g
1,5 mol
69 g

 





 

Web

www.chimix.com


Ion manganate MnO42- et ion permanganate MnO4-.

Texte : une solution, notée A, de manganate de potassium est de couleur verte ; une solution, notée B, de permanganate de potassium est de couleur rose violet.

A la solution A on ajoute de l'acide sulfurique : la teinte verte disparaît, une coloration rose apparaît.

Couples redox : MnO42-/ Mn2+ et MnO4- /MnO42-.

Analyse :

Questions relatives aux mots " oxydation, réduction, oxydant, réducteur, dismutation".

Remarques : le mot "amphotère" ou ampholyte" est réservé aux couples acide / base.

L'ion manganèse Mn2+ est incolore.

" la teinte verte disparaît, une coloration rose apparaît " signifie :

MnO42- , un réducteur, s'oxyde en MnO4- ; la réaction est une oxydation.

4 fois { MnO42- = MnO4- + e- }. MnO42- libère 1 électron.

Or une réduction accompagne toujours une oxydation.

MnO42- , un oxydant, se réduit en Mn2+ ; la réaction est une réduction.

MnO42- +8H+ + 4e- = Mn2+ + 4H2O. MnO42- gagne 4 électrons.

Bilan : 5 MnO42- +8H+ = 4MnO4- + Mn2+ + 4H2O

MnO42- joue un double rôle, oxydant et réducteur ; MnO42- se dismute : la réaction est une dismutation.

 Seules les affirmations contenant l'une des informations ci-dessus seraient exactes





acide oxalique H2C2O4 et ion permanganate MnO4-.

 

Texte : on fait réagir V=20 mL de solution de permanganate de potassium de concentration C=0,10 mol/L avec V= 20 mL d'une solution d'acide oxalique de concentration Ca =0,25 mol/L. Le mélange initial est violet. Couples redox : MnO4-/ Mn2+ et CO2 /H2C2O4.

Analyse :

2 fois { MnO4- + 8H+ + 5e- = Mn2+ + 4 H2O } L'oxydant MnO4- se réduit.

5 fois { H2C2O4 = 2 CO2 + 2H+ + 2e-} Le réducteur H2C2O4 s'oxyde.

5H2C2O4 + 2MnO4- + 6H+ = 10 CO2 + 2Mn2++ 8H2O.

Questions relatives aux mots " réactif en excès, en défaut, stoechiométrique".

Quantité de matière (mol) = concentration (mol/L) * volume (L).

Au départ : n(MnO4- ) =CV = 0,10*0,02 = 2 10-3 mol et n(H2C2O4 ) = CaV = 0,25*0,02 = 5 10-3 mol


avancement (mol)
2MnO4-
+5H2C2O4
départ
0
0,002
0,005
en cours
x
0,002-2x
0,005-5x
fin ( transformation totale)
xmax
0,002-2xmax
0,005-5xmax
Si MnO4- est en défaut : 0,002-2xmax =0 ; xmax =0,001 mol

Si H2C2O4 est en défaut : 0,005-5xmax =0 ; xmax =0,001 mol

Donc réactifs en proprotions stoechiométriques.

Questions relatives à l'évolution de la couleur.

Seul l'ion permanganate est coloré ( violet).

A la fin de la réaction, l'ion permanganate est entièrement consommé : la teinte violette s'atténue lentement jusqu'à disparaître.

Questions relatives à la vitesse de la réaction.

Concentrations des réactifs et température sont des facteurs cinétiques.

Le temps de demi-réaction t½ : à t½ l'avancement est égal à la moitié de l'avancement final.

 

L'ion Mn2+ sert de catalyseur ( autocatalyse) et au début la quantité de catalyseur est nulle.

La tangente est pratiquement horizontale : la vitesse est quasiment nulle.

La quantité de matière d'ion Mn2+ augmente et en conséquence la vitesse de la réaction.

La quantité de matière des réactifs diminue au cours du temps : ce second facteur va faire décroître la vitesse de la réaction au bout d'un temps assez long.

Ce phénomène porte le nom d'autocatalyse : l'un des produits de la réaction sert de catalyseur.

 





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