QCM oxydoréduction : acide et métaux, ion bromate, oxydation des alcools, concours kiné.

acide chlorhydrique et métaux. L'acide chlorhydrique en excès est versé sur m = 10,5 g d'un mélange de trois métaux sous forme de poudre : zinc, cuivre et aluminium. On obtient V = 5,66 L de dihydrogène dans les CNTP ; il reste m' = 2,40 g de solide. On donne : Al : 27 ; Zn : 65,4 ; Cu : 63,5 g/mol ; Vm = 22,4 L/mol. Quelle est la masse  ( en g ) de zinc ? ( 2,4 ; 3,2 ; 4,05 ; 4,9 ; 8,1 ) Le cuivre n'est pas attaqué par l'acide chlorhydrique ; m' = 2,4 g représente la masse de cuivre. On note "x" la quantité de matière de zinc et "y" la quantité de matière d'aluminium ; masse de zinc + masse d'aluminium = 10,5-2,4 = 8,1 g. masse (g) = masse molaire  fois quantité de matière (mol) 65,4 x+27y = 8,1 (1) Zn(s) + 2H+aq = Zn2+aq + H2(g) : x mol de zinc donne x mol de dihydrogène. Al(s) + 3H+aq = Al3+aq + 1,5H2(g) : y mol d'aluminium donne 1,5 mol de dihydrogène. Soit au total : x +1,5 y mol de dihydrogène. nH2 = V / Vm = 5,66 / 22,4 = 0,2527 mol ; x+1,5 y = 0,2527 (2) (2) donne x = 0,2527-1,5y repport dans (1) : 65,4 (0,2527-1,5y) +27y = 8,1 16,53-98,1 y +27 y = 8,1 ; 8,43 = 71,1 y ; y = 0,1186 mol masse d'aluminium : 27 * 0,1186 = 3,20 g masse de zinc: 8,1-3,20 =4,9 g. Ion bromate. Soit l'action  des ions bromate BrO3-aq sur les ions bromure Br- aq en milieu acide. On note V le volume de la solution. On donne les couples Ox/Red : BrO3-aq /Br2 aq et Br2 aq / Br- aq Quelle(s) est (sont) l' (les ) affirmation(s) exacte(s) ? La couleur de la solution passe de l'incolore  au jaune pâle. Faux. BrO3-aq + 5 Br- aq + 6 H+aq = 3Br2 aq + 3 H2O(l). Les ions bromate et bromure sont incolores ; il se forme du dibrome : la solution de dibrome a une couleur jaune orangée.   Le dibrome est le réducteur. Faux. L'ion bromure est le réducteur. Vrai. 2Br- aq =Br2 aq + 2e-. Br- aq  cède des électrons, c'est le réducteur. 2BrO3-aq  + 12 H+aq + 10e- = Br2 aq + 6 H2O(l). 2BrO3-aq gagne des électrons, c'est l'oxydant. La vitesse volumique  de la réaction est : v = -1/(5V) dn(Br-) /dt. Vrai. La vitesse volumique  de la réaction est : v = 3 d[Br2] /dt. Faux. avancement (mol) BrO3-aq + 5 Br- aq + 6 H+aq = 3Br2 aq + 3 H2O(l) initial 0 a b excès 0 solvant en cours x a-x b-5x excès 3x solvant Vitesse de la réaction v = 1/V dx/dt ; n(Br-) = b-5x ; dn(Br-)/dt = -5 dx/dt ; v = -1/(5V) dn(Br-)/dt [Br2] = 3 x/V ; d [Br2]/dt = 3/V dx/dt ; v = 1/3 d [Br2]/dt Une solution alcoolique : Cette solution contient 40 g d'éthanol par litre. A 5 mL de cette solution, on ajoute une solution acidifiée de permanganate de potassium de concentration C=0,2 mol/L. Quel volume minimal V(mL) de solution de permanganate faut-il utiliser pour oxyder tout l'alcool en acide éthanoïque ? (13,3 ; 3,5 ; 21,7 ; 22,7 ; 17,4 ) Couples Ox/red : CH3COOH/CH3CH2OH et MnO4-/Mn2+. Analyse : Il faut écrire les demi-équations électroniques puis l'équation bilan. 5 fois { CH3CH2OH +H2O = 4H+ + 4e- + CH3COOH } 4 fois { MnO4- + 8H+ + 5e- = Mn2+ + 4 H2O } 5 CH3CH2OH + 4 MnO4- + 12H+ = 5 CH3COOH + 4 Mn2+ + 11 H2O . d'où à l'équivalence : n(alcool) = 5/4 n( MnO4- ) = 1,25 n( MnO4- ). Mase d'alcool dans 5 mL : m = 40*5/1000 =0,2 g ;   n(alcool) = m /M = 0,2/46 =4,35 10-3 mol ; n(MnO4- ) = VC =0,2 V  ( avec V en litre) 4,35 10-3  =1,25 *0,2 V ; V = 1,74 10-2 L = 17,4 mL. Oxydation ménagée des alcools. Dans un tube à essai, à 0,50 mol de butan-2-ol on ajoute 8,0 mL d'une solution acidifiée de permanganate de potassium de concentration c = 0,10 mol/L.  On porte au bain marie à 60 °, en agitant : la solution se décolore.  Le butan-2-ol a été oxydé en un composé organique noté A. Calculer la masse maximale ( en g) de A. (0,14 ; 0,22 ; 0,34 d ; 0,48 ; 0,52 ) Analyse : Le butan-2-ol CH3-CH2CH(OH) CH3 est un alcool secondaire ; l'oxydation ménagée de cet alcool donne une cétone CH3-CH2 CO CH3 ; ( C4H8O). 2 fois { MnO4- + 8H+ + 5e- = Mn2+ + 4 H2O } 5 fois { CH3-CH2CH(OH) CH3 = CH3-CH2 CO CH3 + 2H+ + 2e- } 2MnO4- + 6H+ + 5 CH3-CH2CH(OH) CH3 = 2Mn2+ + 8 H2O +5 CH3-CH2 CO CH3 ; 2 mol d'ion permanganate réagit avec 5 mol d'alcool ; Initialement nous possèdons : 8,0 10-3*0,10 =8,0 10-4 mol d'ion permanganate ( en défaut). 8,0 10-4 mol d'ion permanganate réagit avec 8,0 10-4 *2,5 = 2 10-3 mol d'alcool et il se forme n = 2 10-3 mol de cétone. Masse molaire de A : M =4*12+8+16 = 72 g/mol. masse de A : n M = 0,002*72 = 0,14 g. Dans  V = 100 mL d'une solution de nitrate d'argent, on ajoute une masse m = 1,3 g de cuivre en poudre. La solution initialement incolore devient bleue ; la masse de solide obtenue est m' = 2,4 g. La teinte bleue révèle la présence de l'ion cuivre (I) Cu+ aq. Faux. La teinte bleue est due  aux ions cuivre (II) Cu2+aq. Le cuivre joue le rôle de réducteur. Vrai. Cu(s) = Cu2+aq+ 2e- ; un réducteur donne des électrons. Les réactifs sont en proportions stoechiomètriques. Faux. Cu(s) + 2Ag+aq = Cu2+aq + 2Ag(s). n(Ag) = m / M = 2,4 / 108 =0,022 mol ; donc n(Ag+aq) = 0,022 mol n(Cu(s)) = m / M = 1,3 / 63,5 = 0,020 mol. A partir de 0,02 mol de cuivre il faudrait 2*0,02 = 0,04 mol d'ion argent. On en dispose que de 0,022 mol ; le cuivre est en excès. L'ion argent est le réactif limitant. n (Ag formé) =  2  n ( cuivre disparu). Vrai. Quand 1 mol de cuivre disparaît  : elle réagit avec 2 mol d'ion argent et il se forme 2 mol d'argent solide. Mélange de butan-1ol et de butan-2-ol. Ce mélange de masse m = 3,7 g subit une oxydation ménagée, l'oxydant étant en excès. L'un des produits isolé et traité avec la DNPH donne 0,02 mole de précipité jaune orangé. Calculer la masse ( g) de l'autre produit. ( 1 ; 1,5 ; 2,0 ; 2,6 ; 4 ) Le butan-2-ol CH3-CH2CH(OH) CH3 est un alcool secondaire ; l'oxydation ménagée de cet alcool donne une cétone CH3-CH2 CO CH3 ; ( C4H8O). 0,02 mol de cétone réagit avec 0,02 mol de DNPH ; 0,02 mol de butan-2-ol donne 0,02 mol de butanone. M( butan-2-ol) = 4*12 +10+16) = 74 g/mol mase de butan-2-ol : m= n M = 0,2 *74 = 1,48 g Donc la masse de butan-1-ol est : 3,7-1,48 = 2,22 g Quantité de matière de butan-1-ol : m / M = 2,22 / 74 = 0,03 mol. Un alcool primaire, en présence d'un excès d'oxydant, conduit à un acide carboxylique. 0,03 mol de butan-1-ol donne 0,03 mol d'acide butanoïque C4H8O2. Masse molaire de l'acide butanoïque : M = 4*12+8*32 = 88 g/mol Masse de cet acide m = n M = 0,03 *88 =2,64 g. Titrage de l'eau oxygénée par l'ion permanganate. 2 MnO4- + 5 H2O2 + 6H+ = 5 O2 + 2 Mn2+ + 8H2O La réaction support du titrage est lente. Faux. Une réaction support d'un titrage doit être rapide et totale. A l'équivalence les deux réactifs ont disparu. Vrai. A l'équivalence les quantités de matière des réactifs sont en proportions stoechiométriques. A l'équivalence les quantités de matière des réactifs sont égales. Faux. Il faut tenir compte de nombres stoechiométriques : 2 n(H2O2) = 5 n(MnO4-). On repère l'équivalence par la disparition de la couleur violette de l'ion permanganate. Faux.  La solution titrante est dans la burette graduée ( MnO4- , violette) : avant l'équivalence, cet ion est en défaut dans le becher. Après l'équivalence, l'ion permanganate est en excès dans le becher. A l'équivalence, la couleur passe, dans le becher, de l'incolore  au violet. L'eau oxygénée, le réducteur, est oxydée. Vrai. H2O2 = O2 + 2H+ + 2e-   oxydation. Attaque du zinc en milieu acide. Zn(s) + 2H+aq =Zn2+aq + H2 (g). m(Zn) = 0,65 g ; n(H+) = 0,015 mol ; M(Zn) = 65 g/mol avancement (mol) Zn(s) + 2H+aq =Zn2+aq + H2 (g) initial 0 0,65 / 65 = 0,01 0,015 0 0 en cours x 0,01-x 0,015-2x x x fin xmax 0,01-xmax 0,015-2xmax xmax xmax L'avancement est la quantié de matière de zinc ayant disparu. Vrai. L'avancement est la quantié de matière de zinc restant. Faux. Le zinc est en défaut. Faux. 0,015-2xmax= 0 donne  xmax = 0,0075 mol = 7,5 mmol 0,01-xmax = 0 donne xmax = 0,001 mol = 1 mmol On retient la plus petite valeur. L'avancement maximal vaut 7,5 mmol. Vrai. Le taux d'avancement final est inférieur à 1. Faux. Cette réaction est totale : le taux d'avancement final vaut 1.

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