Mardi 5 Octobre 2004 DS2

Nom : prénom : TS1 et 2

L’annexe, à rendre avec la copie, est au dos de la feuille

Attention aux chiffres significatifs dans les résultats numériques

On étudie la réaction d'oxydation de l'acide oxalique HOOC-COOH (solution incolore) par l'ion permanganate (aq) en milieu acide (solution de couleur violette). Le suivi de la réaction est réalisé par un enregistrement spectrophotométrique.

1. PRÉPARATION DE LA SOLUTION DE PERMANGANATE DE POTASSIUM/3

On dispose d'une solution mère de concentration:

C₀ =1,00x 10^-2 mol.L^-1

et du matériel suivant

- bechers de 75 mL, 150 mL ;

-pipettes jaugées de 5 mL, 10 mL, 20 mL ;
- éprouvette graduée de 50 mL, 125 mL ;

- fiole jaugée de 50 mL, 100 mL, 250 mL ;
- erlenmeyer de 250 mL.

On veut préparer 50,0 mL de solution aqueuse de permanganate de potassium de concentration et
C₁= 2,00 x 10^-3 mol.L^-1

Calculer en le justifiant soigneusement le volume de solution mère à prélever et nommer la verrerie qu’il faut utiliser.

2. REACTION D'OXYDORÉDUCTION /5

La réaction met en jeu les deux couples suivants : (aq) / Mn²⁺(aq) et CO₂(aq) / H₂C₂O₄(aq).

L'équation de la réaction entre les ions permanganate et l'acide oxalique s’écrit:

2 (aq) + 5 H₂C₂O₄(aq) + 6 H⁺ 10 CO₂(aq) + 2 Mn²⁺(aq) + 8 H₂O

1. On mélange V₁ = 20,0 mL de la solution aqueuse de permanganate de potassium de concentration molaire apportée C₁, acidifiée par de l'acide sulfurique, à V₂ = 20,0 mL d'une solution aqueuse d'acide oxalique de concentration molaire apportée C₂ = 5 ,00 x 10^-2 mol.L^-1.

Quelle est, à l'instant t =0, la quantité de matière n₀₁ d'ions permanganate ?

2. Quelle est, à l'instant t = 0, la quantité de matière n₀₂ d'acide oxalique ?

3. Calculer l'avancement maximal max. En déduire le réactif limitant.

4. Les ions Mn²⁺ ne colorent pas le milieu réactionnel. Comment va évoluer la couleur du mélange lorsque la transformation se déroule ?

3. SUIVI SPECTROPHOTOMÉTRIOUE /12

La transformation chimique supposée totale étant lente, on peut suivre son évolution par
spectrophotométrie. On mesure l'absorbanceA du mélange réactionnel placé dans la cuve du spectrophotomètre.

1. Quelle est l'espèce chimique principalement responsable de l'absorbance A de la solution ?

2. Dans les conditions de l'expérience, la concentration des ions permanganate est proportionnelle à la valeur de l'absorbanceA mesurée (courbe 1).

L'absorbance A(t) et l'avancement de la réaction x(t) sont reliés par la relation
x(t) = [ 2 x 10^-5 -A(t) x 10^-5] mol.

Par des logiciels appropriés, on obtient la courbe 2. Les courbes sont données en annexe (à rendre avec la copie). Elles diffèrent par leurs allures de celles que l'on rencontre en général lors de la disparition d'un réactif dans une réaction lente.

En quoi la courbe A = f (t) permet-elle de retrouver le réactif limitant ?

3. Définir ,en explicitant la formule, la vitesse volumique de réaction en fonction de x(t) .

4. Le volume restant constant, en comparant qualitativement les vitesses de réaction aux dates
t₁ = 100 s, t₂ = 600 s et t₃ = 1100 s, dire comment évolue la vitesse au cours du temps.

5. On refait l'expérience en modifiant uniquement la concentration molaire apportée de la solution d'acide oxalique = 2,50 x 10^-3 mol.L^-1.

a. Calculer la nouvelle quantité de matière initiale d'acide oxalique.

b. Calculer l’avancement maximal. En déduire le réactif limitant.

c. Quelle est l'absorbance finale ?