Oxydation du propan-2-ol bac S Polynésie sept 2009.

On étudie l'évolution temporelle de la réaction d'oxydation du propan-2-ol par les ions permanganate. Cette réaction aboutit lentement à la formation de propanone. L'équation (1) associée à la réaction s'écrit : 5 C3H8O(l) + 2MnO4-aq + 8H+aq = 5 C3H6O(l) + 2Mn2+aq + 8H2O(l) (1). La transformation associée sera considérée comme totale.                        Préparation du mélange réactionnel. On introduit dans un erlenmeyer 50,0 mL d'une solution de permanganate de potassium de concentration c0 = 0,20 mol/L et 55,0 mL d'une solution d'acide sulfurique en excès. On place l'erlenmeyer sous agitation magnétique. A l'instant t=0, on ajoute 1,0 mL de propan-2-ol au contenu de l'erlenmeyer. Etude de l'évolution de l'avancement. Afin de représenter la courbe qui traduit l'évolution de l'avancement x de la réaction en fonction du temps, on prélève  à l'instant t, un volume V = 10,0 mL du mélange réactionnel que l'on verse dans un becher contenant 40 mL d'eau glacée. On titre ensuite les ions permanganate contenus dans le becher par une solution  de sulfate de fer (II) de concentration connue c' = 0,50 mol/L. Le volume équivalent Véq obtenu permet  ensuite d'en déduire l'avancement x de la réaction d'oxydation de l'alcool à l'instant t. On renouvelle l'opération  à différentes dates et on trace la courbe suivante :  On donne  pour le propan-2-ol : M = 60,0 g/mol ; masse volumique r = 0,785 g /mL. Couples oxydant / réducteur : Fe3+aq / Fe2+ aq ; MnO4-aq / Mn2+ aq ; C3H6O(l) / C3H8O(l). L'ion permanganate est violet ; l'ion manganèse (II) Mn2+ aq est incolore. Etude de la réaction support du titrage ( réaction 2). Pourquoi a t-on  introduit chaque prélevement dans 40 mL d'eau glacée ? On réalise un blocage cinétique : la transformation (1) n'évolue plus, ce qui laisse le temps de réaliser le titrage ( réaction 2). Montrer ue la réaction  support du titrage est : MnO4-aq + 8H+aq + 5Fe2+ aq =Mn2+aq + 5Fe3+aq +4H2O(l) (2). réduction : MnO4-aq + 8H+aq + 5e- = Mn2+aq +4H2O(l) oxydation : 5Fe2+ aq  = 5Fe3+aq + 5e-. ajouter : MnO4-aq + 8H+aq + 5e- + 5Fe2+ aq = Mn2+aq +4H2O(l) 5Fe3+aq + 5e-. simplifier : MnO4-aq + 8H+aq + 5Fe2+ aq =Mn2+aq + 5Fe3+aq +4H2O(l) Définir équivalence du titrage. Comment la repère t-on ? A l'équivalence les réactifs sont introduits en proportions stoechiométriques. Avant l'équivalence, dans le becher, l'ion permanganate est en excès : la solution a une teinte violette. Après l'équivalence, l'autre réactif, l'ion fer(II) est en excès : la solution est incolore. On repère l'équivalence par le changement de teinte  : violet --> incolore. Exprimer la quantité de matière d'ion permanganate nprél (MnO4-) dans le prélevement  à l'instant t en fonction de c' et Véq. D'après les nombres stoechiométriques  de la réaction (2), à l'équivalence : n(Fe2+) = 5  nprél (MnO4-) de plus : n(Fe2+) =c'Véq d'où nprél (MnO4-) = c'Véq /5. Etude de la réaction principale ( réaction 1). On  peut considérer que la quantité n d'ions permanganate à l'instant t  dans le mélange réactionnel est n = 10 nprél (MnO4-). Exprimer puis calculer les quantités initiales d'ions permanganate et de propan-2-ol dans le mélange réactionnel. "V0 =50,0 mL d'une solution de permanganate de potassium de concentration c0 = 0,20 mol/L" n0(MnO4-) =V0  c0 = 0,050 * 0,20 = 1,0 10-2 mol. "V'0=1,0 mL de propan-2-ol ; M = 60,0 g/mol ; masse volumique r = 0,785 g /mL. n0(alcool) =masse / masse molaire avec masse(g) = volume(mL) * masse volumique ( g/mL) n0(alcool) =V'0 r /M = 1,0 *0,785 / 60 = 1,31 10-2 ~1,3 10-2 mol. Compléter avec les  expressions littérales le tableau d'avancement de la réaction 1. avancement (mol) 5 C3H8O(l) + 2MnO4-aq + 8H+aq = 5 C3H6O(l) + 2Mn2+aq + 8H2O(l) (1) initial 0 n1 n0 excès 0 0 solvant en cours x n1-5x n0-2x excès 5x 2x solvant fin xmax n1-5xmax n0-2xmax excès 5xmax 2xmax solvant Calculer l'avancement maximal. Quel est le réactif limitant ? Si C3H8O est en défaut n1-5xmax= 0 ; xmax=n1/5 =1,31 10-2 / 5 =2,6 10-3. Si MnO4- est en défaut :  n0-2xmax = 0 ; xmax =n0/2 =1,0 10-2 / 2 =5 10-3. On retient la plus petite valeur : xmax=2,6 10-3mol ; l'alcool est en défaut. Exprimer l'avancement x de la réaction en fonction de n0(MnO4-), c' et Véq. "la quantité n d'ions permanganate à l'instant t  dans le mélange réactionnel est n = 10 nprél (MnO4-)" = 10 c'Véq /5 = 2 c'Véq. n0(MnO4-)-2x = 2 c'Véq ; 2x = n0(MnO4-)- 2 c'Véq ; x= ½n0(MnO4-)-  c'Véq. Temps de demi-réaction. Définir à l'aide d'une phrase le temps de demi-réaction. Le temps de demi-réaction est la durée au bout de laquelle l'avancement est égal à la moitié de l'avancement final. Déterminer graphiquement t½. "La transformation associée sera considérée comme totale" : l'avancement final est égal à l'avncement maximal.

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