Dosage de l'eau oxygénée par le permanganate de potassium








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TP de Chimie N°1

DOSAGE REDOX DUNE EAU OXYGENEE
Objectifs :


  1. Réviser des notions d'oxydoréduction.

  2. Réaliser le titrage d'une eau oxygénée commerciale.




  1. Réaction de dosage




    1. Dosage de l'eau oxygénée par le permanganate de potassium


Ce dosage fait intervenir une réaction chimique : c’est un titrage.

Le peroxyde d’hydrogène H2O2 ( ou eau oxygénée ) intervient comme réducteur par le couple : O2 / H2O2.

L'ion permanganate, MnO4, est de couleur rose. Il intervient comme oxydant, par le couple : MnO4 / Mn2+.

Les autres espèces sont incolores.
Écrire les demi-équations électroniques et retrouver l’équation de la réaction servant de support au dosage (titrage) :
2 MnO4(aq) + 5 H2O2(aq) + 6 H3O+(aq)  2 Mn2+(aq) + 14 H2O (l) + 5 O2 (g)


  1. Mode opératoire




    1. Dilution de la solution mère




  1. Prélever à l'aide d'une pipette jaugée de 5 mL, un volume V = 5,0 mL de la solution d'eau oxygénée commerciale S à 20 volumes (concentration notée C) et placer le contenu de cette pipette dans une fiole jaugée de 100 mL.

  2. Compléter avec de l'eau distillée, homogénéiser. Soit S' la solution obtenue. Son volume est V', sa concentration est C'.




    1. Dosage de S' par une solution de permanganate de potassium.




  1. Dans un bécher de 100 mL, introduire successivement :


- un volume Vred,p.e = 10,0 mL de la solution S' diluée d'eau oxygénée, cette prise d’essai est prélevée à la pipette jaugée.

- environ 10 mL d'acide sulfurique de concentration 1 mol.L-1

- environ 20 mL d'eau distillée.

- un barreau aimanté.


  1. Procéder au dosage approximatif de la solution obtenue en ajoutant une solution de permanganate de potassium de concentration Cox = 2,0.10-2 mol.L-1 jusqu’à persistance d’une coloration rose.




  1. Réaliser un deuxième dosage plus précis. Noter la valeur de Vox, équiv, le volume de permanganate de potassium versé à l’équivalence.




  1. Exploitation




  1. Pourquoi a-t-on dilué la solution initiale ? Définir le facteur de dilution . De combien a-t-on dilué la solution commerciale ?

  2. Faire les schémas correspondant à cette dilution.

  3. Faire un schéma annoté du dosage. Préciser la solution titrée et la solution titrante ainsi que l'espèce titrée et l'espèce titrante.

  4. Quel est le rôle de l’acide sulfurique ?

  5. Pourquoi la solution de permanganate de potassium se décolore-t-elle en présence d’eau oxygénée ?

  6. Définir l’équivalence. Quel est le réactif limitant avant l'équivalence ? Après l'équivalence ?

  7. Compléter le tableau d'avancement relatif à la réaction de dosage.

  8. Exprimer Cred en fonction de Cox, Vred,pe. et Vox,equiv

En déduire la valeur de la concentration C’ en eau oxygénée de la solution S', puis la concentration C de la solution commerciale étudiée.


  1. Le «titre en volume» est le volume de dioxygène exprimé en L et mesuré dans les C.N.T.P., pouvant être dégagé par un litre de solution commerciale d'eau oxygénée d’après la réaction de dismutation suivante :


2 H2O2 (aq)  2 H2O (l) + O2 (g)

Déterminer le «titre en volume» de la solution commerciale étudiée. On pourra construire un tableau d'avancement. Le Volume molaire d'un gaz pris dans les CNTP est de 22,4 L.mol-1.
TABLEAUX D'AVANCEMENT

Réaction de dosage


Equation de la réaction










Etat du système

Avancement




Etat initial à l'équivalence

0







excès







large excès

Etat intermédiaire

x







excès







large excès

Etat final littéral à l'équivalence

xéquiv







excès







large excès

Réaction de dismutation


Equation de la réaction

2 H2O2 (aq)



2 H2O (l)

+

O2 (g)

Etats du système

Avancement

(en mol)




Initial













Intermédiaire













Final littéral














Travaux pratiques
DOSAGE DUNE EAU OXYGENEE PAR TITRAGE
MATERIEL ET PRODUITS



MATERIEL

PRODUITS


Pour huit groupes :
2 béchers 100 mL

1 petit bécher ( 25 mL si possible )

1 fiole jaugée de 250 mL

1 verre à pied moyen

1 burette 25 mL

1 agitateur magnétique

1 barreau aimanté

2 pipettes jaugées ( 5 mL et 10 mL )

1 propipette

1 éprouvette de 25 mL



Pour huit groupes :
250 mL d'acide sulfurique à 1 mol.L-1

Eau oxygénée à 20 volumes fraîchement ouverte (flacon de 250 mL)

1 L de KMnO4 à 0,020 mol.L-1

Eau distillée (10 L)



DOSAGE DUNE EAU OXYGENEE PAR TITRAGE

compte rendu


    Réaction de dosage




      Dosage de l'eau oxygénée par le permanganate de potassium


Le peroxyde d’hydrogène H2O2 ( ou eau oxygénée ) intervient dans deux couples oxydant-réducteur où il joue dans l’un des couples le rôle d’oxydant et dans l’autre, celui de réducteur. Le couple qui nous intéresse ici est celui où il intervient comme réducteur : O2 / H2O2.

L'ion permanganate, MnO4, est de couleur rose. Il intervient comme oxydant, par le couple : MnO4 / Mn2+ .Les autres espèces sont incolores.

Écrire les demi-équations électroniques et retrouver l’équation de la réaction servant de support au titrage :
2 MnO4(aq) + 5 H2O2(aq) + 6 H3O+(aq)  2 Mn2+(aq) + 14 H2O (l) + 5 O2 (g)

Couple MnO4 / Mn2+ : MnO4(aq) + 8 H+(aq) + 5 e- = Mn2+(aq) + 4 H2O (g) ( 2)
Couple O2 / H2O2. : H2O2 (aq) = O2 (g) + 2 H+(aq) + 2 e- ( 5)




2 MnO4(aq) + 5 H2O2 (aq) + 6 H+(aq)  2 Mn2+(aq) + 8 H2O (l) + 5 O2 (g)
Ce qui donne finalement : 2 MnO4(aq) + 5 H2O2(aq) + 6 H3O+(aq)  2 Mn2+(aq) + 14 H2O (l) + 5 O2 (g)


    Exploitation


Pourquoi a-t-on dilué la solution initiale ?
On a dilué la solution commerciale car celle-ci était trop concentrée et le dosage aurait requis :
- soit un volume de solution de KMnO4 trop important (supérieur à la contenance de la burette)

- soit une solution de KMnO4 trop concentrée (problème de préparation et d'appréciation de l'équivalence)
Définir le facteur de dilution et établir son expression en fonction de V et V'. De combien a-t-on dilué la solution commerciale ?
Le facteur de dilution D est le rapport de la concentration de la solution mère sur la concentration de la solution fille, soit : D = ..
Au cours d'une dilution, les quantités de matière se conservent, d'où : n(H2O2)S = n(H2O2)S'  C  V = C'  V'
Il vient :. D = = AN :D = = 20.
La solution mère a donc été diluée 20 fois.
Faire les schémas correspondant à cette dilution.

Voir à la fin.
Faire un schéma annoté du dosage. Préciser par une phrase la solution titrée et la solution titrante ainsi que l'espèce titrée et l'espèce titrante.

Voir à la fin.
Quel est le rôle de l’acide sulfurique ?

Le rôle de l'acide sulfurique est d'apporter les ions H3O+ nécessaires à la réaction de dosage.
Pourquoi la solution de permanganate de potassium se décolore-t-elle en présence d’eau oxygénée ?
La solution de permanganate de potassium se décolore au contact de l'eau oxygénée pour deux raisons :
- la réaction produit des ions Mn2++ incolores

- à chaque instant, les ions MnO4 (responsables de la coloration rose) ajoutés se trouvent en défaut par rapport à l'eau oxygénée et sont entièrement consommés
Définir l’équivalence. Quel est le réactif limitant avant l'équivalence ? Après l'équivalence ?

L'équivalence correspond au moment où les réactifs ont été introduits dans les proportions stœchiométriques. A l'équivalence, il y a changement de réactif limitant.

Avant l'équivalence, c'est l'ion permanganate MnO4 qui est le réactif limitant. Après l'équivalence, c'est l'eau oxygénée H2O2 qui devient le réactif limitant.
Compléter le tableau d'avancement relatif à la réaction de dosage.

Voir tableau.
Exprimer Cred en fonction de . Cox, Vred,pe. et Vox,equiv
Remarques préliminaires :
Pour l'eau oxygénée : [H2O2]S' = C
Pour le permanganate de potassium, l'équation de la dissolution s'écrit : KMnO4(s)  K+(aq) + MnO4(aq)

D'où : [MnO4] = Cox
A l'équivalence, les deux réactifs sont tous deux limitants, donc :
n(MnO4)f, équiv = 0 et n(H2O2)f, équiv = 0
n(MnO4)coulée à l'équiv – 2 xéquiv = 0 et n(H2O2)dosée – 5 xéquiv = 0
n(MnO4)coulée à l'équiv = 2 xéquiv et n(H2O2)dosée = 5 xéquiv
xéquiv = et xéquiv =
Il vient : =
 Cred =
En déduire la valeur de la concentration en eau oxygénée de la solution S', puis celle de la solution commerciale étudiée.
AN : Cred = = 8,9.10-2 mol.L-1
Cmère = 20  Cred = 20  8,9.10-2 = 1,8 mol.L-1
En utilisant la définition donnée au début du TP et en raisonnant sur 1,0 L de solution commerciale, déterminer le «titre en volume» de la solution commerciale étudiée. On pourra construire un tableau d'avancement.


Equation de la réaction

2 H2O2 (aq)



2 H2O (l)

+

O2 (g)

Etats du système

Avancement

(en mol)

n(H2O2) en mol

n(H2O) en mol

n(O2) en mol

Initial

0

n(H2O2)i

large excès

0

Intermédiaire

x

n(H2O2)i – 2 x

large excès

x

Final littéral

xmax

n(H2O2)i – 2 xmax

large excès

xmax


A vous de rédiger cette question, on doit trouver un titre de 20 volumes.

Le titre de la solution commerciale est donc 20 volumes, ce qui est conforme à l'indication du fabricant.


Schémas de la question 2






Schéma de la question 3


La solution titrante est la solution de permanganate de potassium. L'espèce titrante est l'ion permanganate MnO4. La solution titrée est la solution S' d'eau oxygénée. L'espèce titrée est l'eau oxygénée H2O2.
TABLEAUX D'AVANCEMENT

Réaction de dosage


Equation de la réaction




2 MnO4(aq)

+

5 H2O2 (aq)

+

6 H3O+(aq)



2 Mn2+(aq)

+

5 O2 (g)

+

14 H2O (l)




Etat du système

Avancement







Etat initial à l'équivalence

0

n(MnO4)coulée à l'équiv

n(H2O2)dosée

excès

0

0

large excès




Etat intermédiaire

x

n(MnO4)coulée à l'équiv – 2 x

n(H2O2)dosée – 5 x

excès

2 x

5 x

large excès




Etat final littéral à l'équivalence

xéquiv

n(MnO4)coulée à l'équiv – 2 xéquiv

n(H2O2)dosée – 5 xéquiv

excès

2 xéquiv

5 xéquiv

large excès






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