chapitre 1 : transformations chimique lentes ou rapides
La bouteille magique (Afrique 2008 4 points)
Au cours d’une séance
de travaux pratiques, un élève d’une terminale S doit réaliser le mélange
réactionnel décrit dans le protocole expérimental suivant.
Protocole
expérimental
·
Dans un erlenmeyer contenant une solution S dont on
ne se souciera pas du contenu, on dissout du glucose.
·
On ajoute une solution de bleu de méthylène. Cette
solution donne une coloration bleue au mélange réactionnel.
·
On constate que la solution bleue devient
progressivement incolore.
·
Boucher l’erlenmeyer et agiter
vigoureusement : la solution devient immédiatement bleue puis se décolore
de nouveau lentement.
·
Agiter une nouvelle fois : la solution devient
tout de suite bleue puis se décolore progressivement.
Données
du problème
·
La seule espèce colorée dans le mélange réactionnel
est la forme oxydée du bleu de méthylène qui donne une coloration bleue. Elle est
notée BM+(aq).
·
La forme réduite est notée BMH(aq).
·
Dans les conditions de l’expérience, le glucose est
un réducteur qui réduit le bleu de méthylène. On admettra qu’il est introduit
en large excès devant les autres réactifs.
·
Le glucose est noté RCHO(aq). Sa masse molaire est
M = 180 g.mol-1.
Couples
oxydant/réducteur mis en jeu
·
BM+(aq) / BMH(aq)
·
O2(aq)
/ H2O()
·
RCOOH(aq) / RCHO(aq)
1. Équation de la
réaction modélisant la transformation chimique entre le glucose et la solution
de bleu de méthylène.
1.1. Donner
la définition d’un oxydant, puis d’un réducteur.
1.2. Écrire
la demi équation électronique de réduction de la forme oxydée BM+
(aq) du bleu de méthylène.
1.3. Écrire
la demi-équation électronique d’oxydation du glucose RCHO(aq).
1.4. En
déduire que l’équation d’oxydoréduction entre le glucose et la forme oxydée du
bleu de méthylène est :
RCHO(aq) + BM+(aq) + H2O() = RCOOH(aq)
+ BMH(aq) + H+(aq) (équation1)
Cette réaction est lente.
2.
Interprétation des observations
Lorsque l’on agite
l’erlenmeyer, une partie du dioxygène de l’air se dissout dans la solution puis
réagit en oxydant la forme réduite du bleu de méthylène. L’équation de la
réaction modélisant la transformation chimique observée est donnée
ci-dessous :
2
BMH(aq) + O2(aq) + 2H+(aq)
=
2 H2O() + 2 BM+(aq) (équation
2)
Cette réaction est
rapide et totale.
2.1.
À l’aide des caractéristiques des équations
chimiques 1 et 2, expliquer les variations de couleur observées lors de
l’expérience et leurs vitesses.
2.2. Quels
facteurs cinétiques pourrait-on utiliser pour augmenter la vitesse de la
réaction décrite dans la partie 1 ?
3. Étude quantitative
L'erlenmeyer dans lequel l'élève réalise
l'expérience est bouché hermétiquement et contient un volume 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 Vm = 24,0 L.mol-1.
3.1. Compléter de façon
littérale et en respectant les notations, le tableau d'avancement de
l'ANNEXE.
3.2. Calculer la quantité
de matière initiale ni (O2)
de dioxygène contenu dans l'erlenmeyer.
On réalise une série d'agitations successives qui
permet de dissoudre tout le dioxygène présent dans l’erlenmeyer.
3.3. En déduire la quantité
de matière ni (BMH) susceptible de réagir avec la
quantité de matière initiale ni(O2)
de dioxygène.
3.4. Calculer la quantité
de matière de glucose n(RCHO) ayant réagi au cours de
l'expérience. On pourra s'aider d'un tableau d’avancement.
3.5. En déduire la masse m de glucose n'ayant pas réagi dans
l'erlenmeyer.
ANNEXE DE L’EXERCICE
III
Question 3.1. Tableau d’avancement
Équation chimique |
|
2 BMH(aq)
+ O2(aq) +
2H+(aq) = 2
H2O() + 2 BM+(aq) |
||||
État du système |
Avancement |
Quantités de matière |
||||
État initial |
0 |
ni (BMH) |
ni (O2) |
excès |
excès |
0 |
État intermédiaire |
x |
|
|
excès |
excès |
|
État
final |
xmax |
|
|
excès |
excès |
|