Aurélie 05/06
Oxydoréduction : nickel , dismutation S2O32-, degré alcoolique d'un vin

d'après concours manipulateur électroradiologie médicale AP Paris, Lyon, kiné Berck

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oxydo-réduction (4 pts)

Un fil de nickel ( Ni) de masse m=0,60 g est plongé dans un becher contenant 0,25 L d'une solution d'acide chlorhydrique de concentration c= 2,0 10-2 mol/L. On observe un dégagement gazeux et des ions Ni2+ apparaissent en solution.

  1. Quels sont les couples redox mis en jeu ?
  2. Ecrire les demi-équations et l'équation bilan correspodante.
  3. Déterminer les quantités de matière initiales des réactifs.
    Etablir un tableau d'avancement et déterminer l'avancement maximal.
  4. Nommer le dégagement gazeux et calculer le volume de gaz dégagé.
  5. Quelle est la masse finale de nickel ?
    M(Ni) = 58,7 g/mol ; Vm= 24 L/mol.
corrigé
couples redox mis en jeu : Ni2+/Ni(s) Ni(s) = Ni2+ + 2e- oxydation

H+/H2 (g) : 2H+ + 2e- = H2 (g)

Ni(s) +2H+= Ni2+ + H2 (g)

quantités de matière initiales des réactifs :

nickel : n(Ni)0 = m(g) / M( g/mol) = 0,6 / 58,7 =1,022 10-2 mol

n(H+)0 = V(L) * c (mol/L) = 0,25*0,02 = 5,0 10-3 mol

avancement (mol)
Ni(s)
+2H+
= Ni2+
+ H2 (g)
initial
0
1,022 10-2
5,0 10-3
0
0
en cours
x
1,022 10-2-x
5,0 10-3-2x
x
x
fin
xmax = 2,5 10-3
1,022 10-2-xmax
5,0 10-3 -2xmax
xmax
xmax
si H+ en défaut : 5,0 10-3 -2xmax=0 soit xmax= 2,5 10-3 mol

si Ni en défaut 1,022 10-2-xmax=0 soit xmax=1,022 10-2 mol ( retenir la plus petite valeur)

volume de dihydrogène obtenu : n(H2) Vm = 2,5 10-3 m*24 = 6,0 10-2 L.

masse de nickel non attaquée : 1,022 10-2-2,5 10-3 = 7,72 10-3 mol

m(g) = n(Ni) (mol) * M(Ni) (g/mol) = 7,72 10-3 *58,7 = 0,45 g.

Oxydo-réduction

Lorsqu'on verse de l'acide chlorhydrique dans une solution de thiosulfate de sodium on observe la lente apparition d'un précipité blanc jaunatre de soufre. Cette transformation est modélisée par la réaction d'équation : S2O32- aq + 2H+ = S (s) + SO2(g) + H2O (l)

  1. Montrer que l'on peut interprèter cette réaction comme une oxydo-réduction faisant intervenir les couples : S2O32- aq/ S(s) et SO2(g)/S2O32- aq
  2. Quel est l'oxydant ? Quel est le réducteur ?
  3. Justifier l'appellation " dismutation" des ions thiosulfate en milieu acide, donnée à cette équation.
corrigé
S2O32- aq +6H++ 4e- = 2 S(s) + 3H2O réduction ; S2O32- joue le rôle d'oxydant du couple S2O32- aq/ S(s)

S2O32- aq + H2O = 2SO2(g) + 4e- +2H+ oxydation ; S2O32- joue le rôle de réducteur du couple SO2(g)/S2O32- aq

ajouter ces deux demi-équations : 2S2O32- aq +4H+ = 2 S(s) + 2H2O+ 2SO2(g)

les ions thiosulfates jouent un double rôle, oxydant et réducteur d'où le nom "dismutation" donné à cette équation.

degré alcoolique d'un vin

On réalise le dosage de l'éthanol contenu dans in échantillon de vin pour en déterminer le degré alcoolique. Le degré alcoolique d'un vin est le pourcentage volumique d'alcool pur ( mL) ; mesuré à une température de 20°C, contenu dans 100 mL de vin.

étape 1 : il faut d'abord isoler l'alcool des autres composés du vin (acides, matières minérales, sucres, esters,...) en réalisant une distillation. On distille 100 mL de vin pendant un temps suffisamment long pour recueillir tout l'éthanol. On introduit le distillat dans une fiole jaugée de 1000 mL que l'on complète jusqu'au trait de jauge par de l'eau distillée. La solution obtenue est notée S.

étape 2 : on introduit v0= 10 mL de solution S dans un erlenmeyer puis on ajout v1 = 20 mL de solution de dichromate de potassium de concentration c= 0,10 mol/L. Les ions dichromates sont introduits en excès. On ajoute 10 mL d'acide sulfurique concentré. On laisse réagir pendant 30 min. On suppose que tout l'alcool a été oxydé.

Couples oxydant / réducteur : Cr2O72- /Cr3+ ; C2H4O2/C2H6O.

étape 3 : On dose alors les ions dichromate en excès avec une solution de sel de Mohr de concentration contenant des ions Fe2+ tels que [Fe2+]= 5,00.10-1 mol.L-1. Le volume de solution de sel de Mohr nécessaire pour atteindre l'équivalence (repérée à l'aide d'un indicateur de fin de réaction) est Véq = 7,3 mL.

L'équation de la réaction entre les ions fer II et les ions dichromate est :
Cr2O72- + 14 H3O+ + 6 Fe2+ = 2 Cr3++ 21 H2O + 6 Fe3 +
masse volumique de l'éthanol : r = 780 kg m-3.

  1. Ecrire l'équation de la réaction entre les ions dichromate et l'éthanol.
  2. Déterminer la quantité de matière n0 ( en mmol) d'ion dichromate contenus dans le volume v1 = 20 mL de solution de dichromate de potassium.
  3. Déterminer la quantité de matière n1 ( en mmol) d'ion dichromate restant après l'oxydation de l'éthanol.
  4. Calculer la quantité de matière nE ( en mmol) d'éthanol contenu dans 1 L de S.
  5. En déduire le degré alcoolique ( en °) du vin utilisé.
corrigé
équation de la réaction entre les ions dichromate et l'éthanol :

2 fois { Cr2O72- + 14 H+ + 6 e- = 2 Cr3++7 H2O }

3 fois { CH3-CH2OH +H2O = CH3-COOH + 4e- + 4H+}

2 Cr2O72- + 16 H3O+ + 3 CH3-CH2OH = 4 Cr3++ 27 H2O + 3 CH3-COOH

quantité de matière n0 ( en mmol) d'ion dichromate contenus dans le volume v1 = 20 mL : volume ( mL)* concentration (mol/L

n0 = 20*0,1 = 2 mmol

quantité de matière n1 ( en mmol) d'ion dichromate restant après l'oxydation de l'éthanol :

n(Fe2+) = [Fe2+] véq= 0,5 * 7,3=3,65 mmol

Cr2O72- + 14 H3O+ + 6 Fe2+ = 2 Cr3++ 21 H2O + 6 Fe3 +

d'après les coefficients de cette équation n(Cr2O72- ) = n(Fe2+) / 6 = 3,65 / 6 = 0,608 mmol

n1 = n0 -0,608 = 1,392 mmol

quantité de matière nE ( en mmol) d'éthanol contenu dans 1 L de S :

2 Cr2O72- + 16 H3O+ + 3 CH3-CH2OH = 4 Cr3++ 27 H2O + 3 CH3-COOH

d'après les coefficients de cette équation n(CH3-CH2OH) = 1,5 n(Cr2O72- ) = 1,5 n1 =1,392*1,5 = 2,087 mmol dans 10 mL de S

nE = 208,7 mmol d'alcool dans 1 L de S soit dans 100 mL de vin.

degré alcoolique ( en °) du vin utilisé :

masse alcool (g) = masse molaire (g/mol) * quantité de matière (mol) = 46 * 0,2087 = 9,6 g

volume d'alcool (mL) = masse (g) / masse volumique (g/mL) =9,6 / 0,78 = 12,3°.

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