Définir les termes suivants :

a-acide

b-base

c-oxydant

d-réducteur

e-réaction d'oxydoréduction .

L'acide benzoïque C₆H₅COOH et le benzoate de sodium C₆H₅COONa sont utulisés comme conservateurs, notamment dans les boissons dites <light>>. Ils portent les codes respectifs E210 et E211 .

a)Le benzoate de sodium est un solide constitué d'ions benzoate C₆H₅COO^- et d'ions sodium Na⁺ . Que donne la dissolution du benzoate de sodium ? Ecrire la réaction de dissociation correspondante .

b)Ecrire la demi-équation d'échange protonique entre l'acide benzoïque et sa base conjuguée . Quelle est la base conjuguée de l'acide benzoïque ?

c)On fait réagir une masse m=3,00 g d'acide benzoïque avec 150 mL d'une solution d'hydroxyde de sodium NaOH de concentration c = 2,5.10^-1 mol.L^-1 .

c-1 : Ecrire la réaction de dissociation de l'hydroxyde de sodium dans l'eau .

c-2 : Les ions Na⁺ étant spectateurs , identifier les couples acide/base mis en jeu au cours de la réaction de l'acide benzoïque avec la solution d'hydroxyde de sodium .

c-3 :Etablir un tableau d'avancement et déterminer l'avancement maximal de la réaction . Quel est le réactif limitant ?

Donnée : masse molaire de l'acide benzoïque : M=122 g.mol^-1

c-4 : Quelle est la concentration finale des ions benzoate ?

On prépare une solution de permanganate de potassium (K⁺ + MnO₄^-) en dissolvant 0,7 g de solide dans 100 mL d'eau distillée .

a)Déterminer la concentration molaire C₁ de la solution .

Donnée : masse molaire du permanganate de potassium M=158 g.mol^-1 .

b)Décrire le protocole opératoire permettant de réaliser cette solution en précisant le matériel utilisé .

c)On prélève 20 mL de cette solution que l'on ajoute à 20 mL d'une solution de sulfate de fer (II) (Fe²⁺ + SO₄^2-) acidifiée , de concentration C₂ =8.10^-2 mol.L^-1 . La réaction produit des ions Fer (III) Fe³⁺ et du manganèse Mn²⁺ .On précise que les ions sulfate sont spectateurs dans ce milieu réactionnel .

c-1:Ecrire les demi-équations électroniques des couples mis en jeu .

c-2 : Ecrire l'équation de la réaction d'oxydoréduction .

c-3 : Déterminer les quantités de matière initiales d'ions permanganate et de fer (II)

c-4 : quel est le réctif limitant ? Justifiez clairement votre réponse.

c-5 :Quelle est la concentration molaire finale en ions fer (III) dans le mélange , sachant que la réaction est totale ?

a-Un acide est une espèce capable de céder un ou plusieurs protons .

b-Une base est une espèce capable de capter un ou plusieirs protons .

c-Un oxydant est une espèce capable de capter un ou plusieurs électrons

d_Un réducteur est une espèce capable de céder un ou plusieurs électrons

e-Une réaction d’oxydoréduction est une réaction entre l’oxydant 1 d’un couple rédox (ox1/red1) et le réducteur 2 d’un couple rédox (ox2/red2) au cours de laquelle ox1 et red2 échangent des électrons . La réaction s’écrit alors :

ox1 + red 2 = red1 + ox2

a/La réaction de dissolution de le benzoate de sodium dans l’eau s’écrit :

(C₆H₅COONa)_solide ---eau ---à C₆H₅COO^-_aq + Na⁺_aq

b/ La demi-équation d’échange protonique à partir de l’acide benzoïque s’écrit :

C₆H₅COOH = C₆H₅COO^- + H⁺

il apparaît que la base conjuguée de l’acide benzïque est l’ion benzoate C₆H₅COO^- .

c-1/La dissociation de l’hydroxyde de sodium dans l’eau s’écrit :

(NaOH)_solide -----eau--à Na⁺_aq + HO^-_aq .

c-2/Les couples acide/base mis en jeu au cours de la réaction entre l’acide benzoïque et les ions hydroxyde sont (C₆H₅COOH/C₆H₅COO^-) et (H₂O/HO^-).

c-3/Ecrivons les demi-équations d’échange protonique et faisons la somme :

C₆H₅COOH = C₆H₅COO^- + H⁺

HO^- + H⁺ = H₂O

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C₆H₅COOH + HO^- = C₆H₅COO^- + H₂O

C’est l’équation de la reaction entre les ions hydroxide et l’acide benzoïque . Le tableau d’avancement correspondant est :

Avec : n_0,C6H5COOH = m/M =3/122 = 0,024 mol

n_0,HO^- = CV = 0,25*0,150 = 0,037 mol

Pour calculer X_max , il faut tout d’abord résoudre les deux équations n_0,C6H5COOH – X = 0 et n_0,HO- - X =0 . La première équation conduit à X=n_0,C6H5COOH = 0,024 mol et la seconde à X=n_0,HO- = 0,037 mol. La valeur de X_max est la plus petite des deux valeurs précedemment trouvée , d’où X_max= 0,024 mol . Cela nous permet de compléter la dernière ligne du tableau d’avancement . Le réactif qui a totalement disparu (la réaction est totale) est le réactif limitant . L’acide benzoïque est par conséquent le réactif limitant .

c-4/A l’état final le volume de la solution est V=0,15 L . Comme la quantité d’ions benzoates formés est égale à 0,024 mol (tableau) , la concentration en ions benzoate à la fin de la réaction est donc C_C6H5COO- = n_C6H5COO-/V = 0,024/0,15 = 0,16 mol.L^-1 .

a/En combinant les deux relations C₁= n/V et n=m/M , nous obtenons C₁=m/(MV) [attention aux unités !]

AN : C₁= 0,7/(158*0,1)=4,4.10^-2 mol.L^-1.

b/Pour préparer la solution :

1-On pèse 0,7 g de permanganate de potassium solide avec une balance (on dépose une feuille de papier filtre sur le plateau de la balance, on règle le zéro de la balance et on dépose 0,7 g de solide prélevé avec une spatule sur le papier filtre ).

2-On verse les 0,7 g de solide dans une fiole jaugée de 100 mL (on peut utiliser un entonnoir si nécessaire et on rince l’entonnoir avec de l’eau distillée , l’eau de rinçage étant récupérée dans la fiole jaugée).

3-En plusieurs fois , on ajoute de l’eau distillée (contenue dans une pissette) dans la fiole jaugée , en agitant entre deux ajouts. On complète finalement jusqu’au trait de jauge.

4-On agite bien de façon à obtenir une solution homogène .

c-1/Les couples mis en jeu sont (MnO₄^-/Mn²⁺) et (Fe³⁺/Fe²⁺) . K⁺ et SO₄^2- sont des espèces inertes.

MnO₄^- + 8H⁺ +5e = Mn²⁺ + 4H₂O

Fe²⁺ = Fe³⁺ + e || x 5

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c-2/ MnO₄^- + 8H⁺ + 5Fe²⁺ = Mn²⁺ + 5Fe³⁺ +4H₂O

c-3/ Quantités de matière initiales :

n_KmnO4= n_MnO4- = C₁V₁= 4,4.10^-2*20.10^-3=8,8.1O^-4 mol (En solution , une mole de KMnO₄ libère une mole d’ion MnO₄^- ).

n_Fe2+=C₂V₂ = 8.10^-2*20.10^-3 = 1,6.10^-3 mol .

c-4/Pour connaître le réactif limitant , nous comparons n_MnO4-/1 et n_Fe2+/5 :

n_MnO4-/1 = 8,8.10^-4 mol n_Fe2+/5 =3,2.10^-4 mol

Il est clair que n_MnO4-/1 > n_Fe2+/5 et donc le réactif limitant est Fe²⁺ .

c-5/ A la fin de la réaction , celle-ci étant totale , le réactif limitant a complètement disparu .Or l’équation de la réaction fait apparaître qu’il se forme autant de moles de Fe³⁺ que de moles d’ions Fe²⁺ qui ont réagi et donc n_{Fe3+, final} = 1,6.10^-3 mol. Le volume V du mélange étant de 40 mL , la concentration finale en ions Fe³⁺ est :

C_Fe3+ = n_{Fe3+, final} /V = 1,6.10^-3/40.10^-3= 4.10^-2 mol.L^-1