Aurélie 27/03/07
 

oxydation ménagée propanol ; acide propanoïque ; dosage eau oxygénée
examen interne d'accès aux études de kinésithérapie 2002 ( durée : 2 heures)
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Problème 1 : propanol : ( 7 points )

L'hydratation du propène conduit à deux alcools

  1. Indiquez la formule et la classe de chacun de ces deux alcools.
  2. On isole l'isomère le plus abondant, noté A : son oxydation ménagée par l'ion dichromate (couple Cr2O72-/Cr3+) conduit à un composé B sans action sur le réactif de Schiff et qui produit un précipité jaune avec la DNPH. Donnez la formule développée ainsi que le nom du composé B.
    - Ecrivez les demi-équations des deux couples redox participant à cette réaction d'oxydation ménagée. Etablissez l'équation bilan de cette réaction.
    - On a utilisé un volume V0 = 100 mL d'une solution de dichromate de concentration molaire C0 = 0,1 mol.L-1 pour réaliser cette réaction d'oxydation. Déterminer la quantité de matière de l'alcool A qui a été oxydée en supposant la réaction totale. En déduire la masse de l'alcool A. Indiquer une application concrète de cette méthode.
Formule et classe de chacun de ces deux alcools :

CH3-CH2-CH2OH ( alcool primaire) propan-1-ol ; CH3-CHOH-CH3 ( alcool secondaire) propan-2-ol ;

Un alcool secondaire s'oxyde en cétone : B est la propanone : CH3-CO-CH3

Les demi-équations des deux couples redox participant à cette réaction d'oxydation ménagée :

3 fois{ C3 H8 O = C3H6 O + 2 électrons + 2H+}.

Cr2O72- + 6 electrons +14 H+ = 2 Cr3+ + 7 H2O

3 C3 H8 O + Cr2O72- +14 H+ donne 3 C3H6 O + 2 Cr3+ + 6 H+ + 7 H2O

D'après les coefficients stoechiométriques : n(alcool) = 3 n(Cr2O72-)

de plus : n(Cr2O72-) =V0 C0 =0,1*0,1 = 0,01 mol

donc n(alcool) = 3*0,01 = 0,03 mol.

masse molaire de l'alcool M= 3*12+8+16 = 60 g/mol

masse d'alcool = n(alcool) M * 0,03*60 = 1,8 g.

Problème 2 : acide propanoïque : ( 6,5 points )

 

  1. Une solution aqueuse d'acide propanoïque de concentration C = 1,0.10-2 mol. L-1 a un pH égal à 3,45. Calculer les concentrations molaires de toutes les espèces chimiques présentes en solution.
    - Vérifier que le pKa du couple acide propanoïque / ion propanoate est égal à 4,88.
    - Quelle est l'espèce prédominante du couple dans cette solution ?
  2. On désire préparer un volume V = 150 mL d'une solution aqueuse S dont le pH est égal au pKa du couple acide propanoïque / ion propanoate. Pour cela on dispose de solutions aqueuses A, B, C, D de même concentration molaire C = 1,0.10-2 mol.L-1. A, solution d'acide propanoïque ; B, solution d'hydroxyde de sodium ; C, solution d'acide chlorhydrique ; D, Solution de propanoate de sodium.
    Proposer sans démonstration, en indiquant les volumes à utiliser, deux modes opératoires distincts, permettant d'obtenir la solution S et donner ses propriétés.
L'acide propanoïque est noté AH ; l'ion propanoate est noté A-.

Réaction de l'acide propanoïque avec l'eau :

AH + H2O = A- + H3O+. Ka = [A- ][H3O+] /[AH]

La solution demeure électrique neutre : [A- ]+[HO-]=[H3O+]

en milieu acide ( pH= 3,45) [HO-] est négligeable .

D'où : [A- ]=[H3O+] = 10-pH= 10-3,45 = 3,6 10-4 mol/L.( 3,55 10-4)

Conservation de l'élément carbone : [AH] +[A- ] = C

[AH] =C-[A- ] =0,01-3,6 10-4 = 9,6 10-3 mol/L.

Ka = [A- ][H3O+] /[AH] =(3,55 10-4)2 / 9,6 10-3 = 1,31 10-5 ; pKa = -log1,31 10-5 =4,88.

A pH=3,45, valeur inférieure au pKa, la forme acide AH prédomine sur la forme base A-.

On désire préparer un volume V = 150 mL d'une solution aqueuse S dont le pH est égal au pKa du couple acide propanoïque / ion propanoate.

On obtient une solution tampon dont le pH varie peu lors de l'ajout modéré d'acide ou de base forts ; le pH d'une solution tampon ne varie pas lors d'une dilution modérée.

Dans ce cas la concentration de l'acide propanoïque est égale à la concentration de l'ion propanoate.

méthode 1 : mélanger 75 mL d'acide propanoïque et 75 mL de propanoate de sodium de même concentration.

méthode 2 : dosage acide propanoïque + hydroxyde de sodium avec arrêt à la demi équivalence.

100 mL d'acide propanoïque et 50 mL d'hydroxyde de sodium de même concentration.

Problème 3 : eau oxygénée : ( 6,5 points )

 

  1. Préparation préalable d'une solution de permanganate de potassium. On veut préparer une solution aqueuse de permanganate de potassium, notée S', de concentration C'= 1,0 ´ 10 -2 mol.L-1 , à partir d'une solution S de permanganate de potassium de concentration CS = 1,0 mol.L-1.
    - Expliquer exactement le mode opératoire à suivre et indiquer la verrerie utilisée. On dispose de pipettes jaugées de 5 mL et de 10 mL et de fioles jaugées de 1 L et de 2 L.
    - Comment s'appelle l'opération ainsi réalisée ?
  2. Etude d'une solution d'eau oxygénée
    L'eau oxygénée ou solution aqueuse de pèroxyde d'hydrogène H2O2 est une espèce chimique utilisée dans la vie courante : décoloration des cheveux, désinfec-tion des verres de contact, désinfection des plaies. Sa décomposition, qui produit un dégagement de dioxygène, est accélérée par certains facteurs comme l'exposition à la lumière, l'ion fer (II), l'ion fer (III), le platine, l'ion MnO4-.
    A l'aide de la solution S' de permanganate de potassium fraîchement préparée en milieu acide, on dose une solution de péroxyde d'hydrogène : V1=10 mL de la solution de péroxyde d'hydrogène sont placés dans un bécher, et on note V = 12,5 mL le volume versé de solution aqueuse de permanganate de potassium pour obtenir l'équivalence d'oxydoréduction. 
    - Etudier ce dosage en précisant la verrerie utilisée, le rôle des ions MnO4- sachant que les potentiels des couples rédox mis en jeu sont :
    E°(O2 / H2O2 ) = 0,68V et E°( MnO4- (aq) / Mn2+(aq) ) = 1,51V
    - Ecrire l'équation de la réaction du dosage.
    - Comment détermine-t-on l'équivalence ?

- Quelle est la concentration de la solution de pèroxyde d'hydrogène dosée ?

 

Préparation préalable d'une solution de permanganate de potassium.

Dilution : le facteur de dilution F vaut :

F= concentration mère / concentration fille = CS/C' = 1/0,01 = 100.

volume de la pipette jaugée = volume de la fiole jaugée / F .

d'où fiole jaugée de 1 L et pipette jaugée de 10 mL.

Prélever 10 mL de la solution mère à l'aide de la pipette jaugée ;

Placer dans la fiole jaugée de 1L et compléter avec de l'eau distillée jusqu'au trait de jauge.

Agiter pour rendre homogène.

Etude d'une solution d'eau oxygénée :

Double rôle des ions MnO4- : l'un des réactif, l'oxydant le plus fort ; c'est le seul ion coloré : il sert d'indicateur de fin de réaction.

L'équivalence est repérée par le changement de couleur incolore ( ion MnO4- en défaut ) à violet ( ion MnO4- en excès ).

Concentration de la solution de pèroxyde d'hydrogène dosée :

d'après les coefficients de l'équation support du dosage, à l'équivalence : n(H2O2) = 2,5 n(MnO4-)

de plus n(MnO4-) =VC' ; n(H2O2) =2,5 VC' et [H2O2] = n(H2O2) /V1 = 2,5VC' /V1 =2,5*12,5*0,01/10 ;

[H2O2] = 3,1 10-2 mol/L.
 

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