Dosages d’oxydoréduction

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Exercices
Classe(s) : Tle ST2S | Thème(s) : Dosages d'oxydoréduction

Exercice : Un désinfectant à l’infirmerie

Énoncé

Pour nettoyer une petite plaie, une infirmière doit utiliser de l’eau oxygénée dont le titre est 10 volumes.

1. Donner la définition du titre en volumes d’une eau oxygénée.

2. Dans sa pharmacie, l’infirmière ne trouve plus d’eau oxygénée à 10 volumes, mais elle dispose d’une bouteille d’eau oxygénée à 100 volumes, appelée solution mère.

Elle doit donc diluer 10 fois cette solution et désire obtenir 100 mL de solution diluée, appelée solution fille. On notera Vfille = 100 mL.

Elle dispose pour cela du matériel suivant :

– béchers de 100, 250 mL ;

– fioles jaugées de 50, 100, 250 mL ;

– pipettes jaugées de 2, 10, 20 mL ;

– poire à pipeter (ou propipette).

a) Quel volume de solution mère Vmère doit-elle prélever ? Justifier.

b) La précision de la dilution doit être la plus grande possible. Dans la liste ci-dessous, choisir :

– la verrerie utilisée pour prélever le volume de solution mère ;

– le récipient dans lequel on réalise cette dilution.

3. Elle souhaite maintenant vérifier la concentration de la solution obtenue.

Elle réalise pour cela le dosage de V1 = 10 mL de la solution diluée de peroxyde d’hydrogène par une solution contenant des ions permanganate MnO4 de concentration C2 = 0,20 mol.L−1.

L’équation de la réaction de ce dosage est la suivante :

5 H2O2 + 2 MnO4 + 6 H+ →  2 Mn2+ + 8 H2O + 5 O2

À L’équivalence, elle a versé V2 = 16 mL de solution d’ions MnO4.

a) Calculer la quantité de matière n2 d’ions permanganate introduite à l’équivalence.

b) En utilisant l’équation de la réaction du dosage, trouver la relation entre la quantité de matière n2 d’ions MnO4 introduite à l’équivalence et la quantité de matière n1 de peroxyde d’hydrogène initialement présente.

La concentration en peroxyde d’hydrogène C1 est donnée par la relation C1 = 5C2.V22V1.

c) Montrer que la concentration en peroxyde d’hydrogène C1 est égale à 0,80 mol.L−1.

Corrigé

1. Le titre T en volumes d’une eau oxygénée est le volume exprimé en litres de dioxygène gazeux pouvant être libéré par un litre de cette solution, à 0 °C, sous une pression de 1 bar.

2. a) Elle doit prélever un volume de solution mère Vmère égal à 10 mL car elle veut diluer 10 fois la solution : un dixième du volume final à préparer soit 10 mL.

b) Comme la précision de la dilution doit être la plus grande possible, il faut choisir une pipette jaugée de 10 mL pour prélever le volume de solution mère et une fiole jaugée de 100 mL comme récipient dans lequel on réalise cette dilution. C’est la verrerie la plus précise.

3. L’équation de la réaction de ce dosage est la suivante :

5 H2O2 + 2 MnO4 + 6 H+ Phys_08_doublefleche 2 Mn2+ + 8 H2O + 5 O2.

a) La quantité de matière n2 d’ions permanganate introduite à l’équivalence est égale au ­produit de la concentration de la solution C2 par le volume V2 versé à l’équivalence. n2 = C2.V2 soit n2 = 0,20 × 16 × 10−3 = 3,2 × 10−3 mol.

b) D’après l’équation de la réaction, il faut deux moles d’ions permanganate pour 5 moles de peroxyde d’hydrogène. Il faut donc 5/2 fois plus de peroxyde d’hydrogène que d’ions permanganate, ainsi n1 = 5/2 n2.

c) En utilisant la formule proposée, on calcule la concentration en peroxyde d’hydrogène en convertissant les volumes en litre V1 = 10 × 10−3 L et V2 = 16 × 10−3 L.

Soit C1 = 5C2.V22V1 C1 = 5×0,20×16×1032×10×103 = 0,80 mol.L−1. On retrouve le résultat proposé.

Exercice : Le soja

Énoncé

Le soja, tout comme la viande, est riche en fer. Celui-ci est donc conseillé dans les régimes végétariens. On supposera que l’élément fer présent dans le lait de soja se trouve exclusivement sous forme d’ions fer II (Fe2+). On dose les ions fer II avec une solution aqueuse de permanganate de potassium (K+ +MnO4).

1. Donner la définition d’un d’oxydant.

2. L’équation de la réaction d’oxydoréduction mise en jeu au cours de ce dosage est :

MnO4 + Fe2+ + 8 H+   Mn2+ +5 Fe3+ + 8 H2O

Les couples mis en jeu sont : Fe3+/Fe2+ et MnO4/Mn2+. L’ion permanganate MnO4joue-t-il le rôle d’oxydant ou de réducteur au cours de cette réaction ?

3. Parmi les trois schémas de montage suivants, quel est celui qui convient pour la réalisation d’un dosage.

Phys_13_02_stdi

Corrigé

1. Un oxydant est une espèce chimique capable de capter un ou plusieurs électrons.

2. L’ion permanganate MnO4joue le rôle d’oxydant car c’est l’oxydant du couple et il réagit avec l’ion fer II qui est un réducteur.

3. Le schéma 1 correspond pour la réalisation d’un dosage : il comporte une burette et un bécher. Le schéma 2 est un montage de chauffage à reflux pour réaliser une synthèse organique alors que le montage 3 permet une distillation fractionnée pour extraire un constituant d’un mélange.