Analyse détaillée d'exercices réalisés sous forme de QCM.  Oxydoréduction

CaCl2, xH2O. Texte : m= 5,47 g de ce solide dissout dans V=250 mL d'eau distillée. Concentration molaire en ion calcium : c= 0,1 mol/L. Ca : 40 ; Cl : 35,5 ; H : 1 ;O : 16 g/mol. Analyse : Question relative à la concentration des ions chlorure Cl- aq. La dissolution du solide ionique dans l'eau conduit à : CaCl2(s) = 2Cl-aq + Ca2+aq. (1) La solution est électriquement neutre : [Cl-aq] =2[Ca2+aq] ; [Cl-aq] = 2*0,1 = 0,2 mol/L. Question relative à la valeur de x. Masse molaire du chlorure de calcium hydraté : M = 40+2*35 + 18x = 111+18x. Quantité de matière de solide : d'après (1) n(CaCl2) = n(Ca2+aq) = cV = 0,1*0,25 = 0,025 mol.  Or m = n M soit 5,47= 0,025(111+18x) ; 111+18x =219 ; x = 6. Alcool, aldehyde, cétone, acide carboxylique. Texte : CH3-CO-CH3 ; CH3-CH2-CHO ; CH3-CH2-CH2OH ; CH3-CH2-CO2H. Analyse : Question relative aux groupes carbonyle, carboxyle, hydroxyle. CH3-CO-CH3 ( propanone, cétone) ; CH3-CH2-CHO (propanal: aldehyde) possède le groupe carbonyle >C=O. Par contre CH3-CH2-CO2H, acide propanoïque contient le groupe carboxyle COOH. Enfin seul l'alcool CH3-CH2-CH2OH, propan-1-ol, contient le groupe hydroxyle, groupe OH fixé sur un atome de carbone tétragonal. Question relative l'oxydation ménagée. L'alcool primaire CH3-CH2-CH2OH, conduit au propanal CH3-CH2-CHO puis à l'acide propanoïque CH3-CH2-CO2H. Le propanal CH3-CH2-CHO conduit à l'acide propanoïque CH3-CH2-CO2H.   Cu(s) et ion argent Ag+aq. Texte : dans V= 20 mL de solution de nitrate d'argent ( Ag+aq et NO3-aq) on ajoute m = 0,26 g de cuivre solide. Après agitation, la solution prend une teinte bleue et, après filtration, séchage et pesée, on obtient m1 = 0,48 g de solide. Couple oxydant / réducteur Cu2+aq/ Cu(s) et Ag+aq/Ag(s). Cu : 63,5 ; Ag : 108 g/mol. Analyse : Question relative à la couleur de la solution. Les ions Ag+aq et NO3-aq sont incolores ; l'ion Cu2+aq est bleu. Question relative à l'oxydant et au réducteur. Le cuivre solide, le réducteur, s'oxyde en ion cuivre II hydraté de couleur bleue. Cu(s) = Cu2+aq + 2e-. L'ion argent, l'oxydant, est réduit en argent métallique : 2Ag+aq+ 2e-= 2Ag(s). Bilan : Cu(s) +2Ag+aq= Cu2+aq +2Ag(s). C'est à dire que la quantité de matière d'argent Ag(s) est égale à deux fois la quantité de matière de cuivre solide ayant disparu. Question relative au réactif limitant. n(Cu s) = m / m(Cu) = 0,26 / 63,5 ~0,26/64~ 0,004 mol avancement (mol) Cu(s) +2Ag+aq = Cu2+aq +2Ag(s). initial 0 0,004 n2 0 0 en cours x 0,004-x n2 -2x x 2x fin xf 0,004-xf n2 -2xf xf 2xf Hypothèse : le cuivre solide est en défaut. A partir de 0,004 mol de cuivre solide on peut obtenir 0,008 mol d'argent solide soit en masse : 0,008*108 ~0,86 g de solide, valeur supérieure à 0,48 g, l'hypothèse est donc fausse. L'ion argent est le réactif limitant.     Web www.chimix.com Oxydation ménagée d'un mélange butan-1-ol et butan-2-ol. Texte : l'oxydant MnO4-aq est en excès. Masse totale du mélange d'alcool m = 0,74 g. On identifie, parmi les produits, 4,0 10-3 mol de butanone. Analyse : Question relative à la nature des produits. Le butan-1-ol, alcool primaire CH3-CH2-CH2-CH2OH, conduit à un aldehyde, le butanal ; ce dernier s'oxyde en acide butanoïque CH3-CH2-CH2-CO2H. Le butan-2-ol, alcool secondaire CH3-CH2-CH OH-CH3, conduit à une cétone, la butanone CH3-CH2-CO-CH3. Question relative à la composition du mélange initial d'alcool. 4 10-3 mol de butanone sont obtenu à partir de 4 10-3 mol de butan-2-ol. Masse molaire du butan-2-ol : M = 4*12+10+16 = 74 g/mol Masse de butan-2-ol : m=nM = 4 10-3 *74 =0,296 g Donc masse de butan-1-ol : 0,74-0,296 =0,444 g, soit 0,444/74 = 6 10-3 mol. Question relative è la masse d'acide butanoïque. A partir de 6 10-3 mol de butan-1-ol, on obtient 6 10-3 mol d'acide butanoïque. Masse molaire de l'acide butanoïque : M = 4*12+8+32 = 88 g/mol Masse d'acide butanoïque : m=nM = 6 10-3 *88 =0,528 g. Oxydation eau oxygénée par l'ion permanganate. Texte : MnO4-aq est l'oxydant. L'eau oxygéné H2O2 le réducteur. Couples oxydant / réducteur. MnO4-aq / Mn2+aq et O2 (g) /H2O2 (l) . Analyse : Question relative à l'équation bilan. MnO4-aq est l'oxydant, il se réduit : 2 fois { MnO4-aq+ 8H+aq + 5e- = Mn2+aq + 4H2O }. H2O2 est le réducteur, il s'oxyde : 5 fois { H2O2 (l) = O2 (g) + 2H+aq + 2e- }. 2MnO4-aq+ 6H+aq +5 H2O2 (l) =5O2 (g) +2Mn2+aq + 8H2O(l). Question relative à l'équivalence de ce dosage. Une réaction support d'un dosage doit être rapide et totale. A l'équivalence les quantités de matière des réactifs mis en présence sont en proportions stoechiométriques : les réactifs ont disparu à l'équivalence. Dans ces cas, à l'équivalence : n(H2O2 )= 2,5 n(MnO4-aq). Question relative au rôle de l'ion permanganate. C'est l'un des réactifs. C'est le seul ion coloré (violet) : il joue donc le rôle d'indicateur de fin de réaction. Oxydation du zinc en milieu acide. Texte : l'oxydant H3O+aq ; le réducteur Zn. Masse de zinc m = 1,3 g. Solution d'acide chlorhydrique : V = 0,10 L ; c= 0,3 mol/L Couple oxydant/réducteur : H3O+aq/ H2(g) ; Zn2+aq/Zn(s). M(Zn) ~65 g/mol. Analyse : Question relative à la réaction bilan. L'oxydant H3O+aq se réduit : 2H3O+aq +2e- = H2(g) + 2H2O(l) Le réducteur, le zinc s'oxyde : Zn(s) = Zn2+aq+2e-. Bilan : 2H3O+aq +Zn(s) = Zn2+aq+ H2(g) + 2H2O(l). Cette réaction est rapide et totale. Question relative à l'avancement x. Quantité de matière initiale : n(Zn) = m/M = 1,3/65 = 0,02 mol n(acide) = cV = 0,3*0,1 = 0,03 mol. avancement (mol) 2H3O+aq +Zn(s) = Zn2+aq + H2(g) + 2H2O(l) initial 0 0,03 0,02 0 0 solvant en large excès en cours x 0,03-2x 0,02-x x x fin xmax 0,03-2xmax 0,02-xmax xmax xmax L'avancement est égal à la quantité de matère d'ion Zn2+aq formé ou encore à la quantité de matière de H2(g). La réaction étant totale : xmax = xfin et le taux d'avancement final t vaut : xfin / xmax = 1. L'avancement final vaut : Hypothèse 1 : le zinc est en défaut : 0,02-xmax =0 soit xmax =0,02 mol. Hypothèse 2 : l'acide est en défaut : 0,03-2xmax =0 soit xmax =0,015 mol. On retient la plus petite valeur : xmax =0,015 mol ; le réactif limitant est l'acide.

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