La bouteille magique ( Afrique 2008)

1. Équation de la réaction modélisant la transformation chimique entre le glucose et la solution de bleu de méthylène.

1.1. Un oxydant est une espèce chimique capable de gagner un ou plusieurs électrons. Un réducteur est une espèce chimique susceptible de céder un ou plusieurs électrons.

1.2. Demi équation électronique de réduction de la forme oxydée BM⁺ (aq) du bleu de méthylène :

BM⁺(aq) + H⁺(aq) + 2e^- = BMH(aq)

1.3. Demi-équation électronique d’oxydation du glucose RCHO(aq).

RCHO(aq) + H₂O() = RCOOH(aq) + 2H⁺(aq) + 2e^-

1.4. Equation d’oxydoréduction entre le glucose et la forme oxydée du bleu de méthylène. Les 2 électrons cédés par le glucose sont captés par la forme oxydée BM⁺ du bleu de méthylène.

RCHO(aq) + BM⁺(aq) + H₂O() = RCOOH(aq) + BMH(aq) + H⁺(aq) (équation1)

2. Interprétation des observations

2 BMH(aq) + O₂(aq) + 2H⁺(aq) = 2 H₂O() + 2 BM⁺(aq) (équation 2)

2.1. . La réaction 1 est lente, l’oxydant BM⁺(aq) , responsable de la coloration bleue, disparait progressivement : la solution se décolore.

Par contre lorsqu’on agite l’erlenmeyer, La réaction 2 étant rapide, la forme réduite BMH(aq), incolore, est immédiatement oxydée en BM⁺(aq) : la solution se colore à nouveau en bleue.

2.2. 2 facteurs cinétiques pourraient augmenter la vitesse de la réaction 1 :

augmentation de la température

augmentation de la concentration du réactif en défaut la forme oxydée du bleu de méthylène.

3. Étude quantitative

V(O₂) = 48 mL de dioxygène et 5,0 g de glucose RCHO.

Le volume molaire des gaz dans les conditions de l'expérience vaut V_m = 24,0 L.mol^-1.

3.1. Tableau d'avancement :

3.1. Équation		2BMH (aq) + O2(aq) + 2H^+(aq) = 2H2O() + 2BM^+(aq)
État du système	Avancement	Quantités de matière
État initial	0	ni(BMH)		Excès	Excès	0
État intermédiaire	x	ni(BMH) – 2x	ni(O2) – x	Excès	Excès	2x
État final	xmax	ni(BMH) – 2xmax	ni(O2) – xmax	Excès	Excès	2xmax

3.2. Quantité de matière initiale n_i (O₂) de dioxygène contenu dans l'erlenmeyer :

3.3. Quantité de matière n_i (BMH) susceptible de réagir avec la quantité de matière initiale n_i(O₂) de dioxygène :

à la fin de la réaction la quantité de matière de dioxygène qui a réagit a entièrement consommée BMH présent dans l’erlenmeyer:

n_i(BMH) – 2x_max = 0

n_i(O₂) – x_max = 0

n_i(BMH) = 2. n_i(O₂) = 2x2x10^-3 mol

n_i(BMH) =4x10^-3 mol

3.4. RCHO(aq) + BM⁺(aq) + H₂O() = RCOOH(aq) + BMH(aq) + H⁺(aq) (équation1)

D’après l’équation 1 la quantité de matière de glucose n(RCHO) ayant réagi au cours de l'expérience est égale à la quantité de matière n(BMH) formée :

n(RCHO)_réagit = n_i(BMH) =4x10^-3 mol

3.5. Masse m de glucose n'ayant pas réagi dans l'erlenmeyer :

La masse de glucose ayant réagit est :

m1 = n(RCHO)_réagit.M = 4x10^-3x180 = 0,72 g

La masse de glucose n’ayant pas réagit est :

m = 5 – m₁ = 5 – 0,72 = 4,28 g