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Afrique 2008 EXERCICE III. La bouteille magique (4 points) http://labolycee. org Au cours d’une seance de travaux pratiques, un eleve d’une terminale S doit realiser le melange reactionnel decrit dans le protocole experimental suivant. Protocole experimental • Dans un erlenmeyer contenant une solution S dont on ne se souciera pas du contenu, on dissout du glucose. • On ajoute une solution de bleu de methylene. Cette solution donne une coloration bleue au melange reactionnel. • On constate que la solution bleue devient progressivement incolore. Boucher l’erlenmeyer et agiter vigoureusement : la solution devient immediatement bleue puis se decolore de nouveau lentement. • Agiter une nouvelle fois : la solution devient tout de suite bleue puis se decolore progressivement. Donnees du probleme • La seule espece coloree dans le melange reactionnel est la forme oxydee du bleu de methylene qui donne une coloration bleue. Elle est notee BM+(aq). • La forme reduite est notee BMH(aq). • Dans les conditions de l’experience, le glucose est un reducteur qui reduit le bleu de methylene.

On admettra qu’il est introduit en large exces devant les autres reactifs. • Le glucose est note RCHO(aq). Sa masse molaire est M = 180 g. mol-1. Couples oxydant/reducteur mis en jeu •

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BM+(aq) / BMH(aq) • O2(aq) / H2O([pic]) • RCOOH(aq) / RCHO(aq) 1. Equation de la reaction modelisant la transformation chimique entre le glucose et la solution de bleu de methylene. 1. 1. Donner la definition d’un oxydant, puis d’un reducteur. 1. 2. Ecrire la demi equation electronique de reduction de la forme oxydee BM+ (aq) du bleu de methylene. 1. 3. Ecrire la demi-equation electronique d’oxydation du glucose RCHO(aq). . 4. En deduire que l’equation d’oxydoreduction entre le glucose et la forme oxydee du bleu de methylene est : RCHO(aq) + BM+(aq) + H2O([pic]) = RCOOH(aq) + BMH(aq) + H+(aq) (equation1) Cette reaction est lente. 2. Interpretation des observations Lorsque l’on agite l’erlenmeyer, une partie du dioxygene de l’air se dissout dans la solution puis reagit en oxydant la forme reduite du bleu de methylene. L’equation de la reaction modelisant la transformation chimique observee est donnee ci-dessous : 2 BMH(aq) + O2(aq) + 2H+(aq) = 2 H2O([pic]) + 2 BM+(aq) (equation 2)

Cette reaction est rapide et totale. 2. 1. A l’aide des caracteristiques des equations chimiques 1 et 2, expliquer les variations de couleur observees lors de l’experience et leurs vitesses. 2. 2. Quels facteurs cinetiques pourrait-on utiliser pour augmenter la vitesse de la reaction decrite dans la partie 1 ? 3. Etude quantitative L’erlenmeyer dans lequel l’eleve realise l’experience est bouche hermetiquement et contient un volume V(O2) = 48 mL de dioxygene et 5,0 g de glucose RCHO. Le volume molaire des gaz dans les conditions de l’experience vaut Vm = 24,0 L. mol-1. 3. 1.

Completer de facon litterale et en respectant les notations, le tableau d’avancement de l’ANNEXE. 3. 2. Calculer la quantite de matiere initiale ni (O2) de dioxygene contenu dans l’erlenmeyer. On realise une serie d’agitations successives qui permet de dissoudre tout le dioxygene present dans l’erlenmeyer. 3. 3. En deduire la quantite de matiere ni (BMH) susceptible de reagir avec la quantite de matiere initiale ni(O2) de dioxygene. 3. 4. A partir de l’equation 1, montrer que la quantite de matiere de glucose n(RCHO) ayant reagi au cours de l’experience est 4,0. 10-3 mol. On pourra s’aider d’un tableau d’avancement. . 5. En deduire la masse m de glucose n’ayant pas reagi dans l’erlenmeyer. ANNEXE DE L’EXERCICE III Question 3. 1. Tableau d’avancement |Equation chimique | | 2 BMH(aq) + O2(aq) + 2H+(aq) = 2 H2O([pic]) + 2 BM+(aq) | |Etat du systeme |Avancement |Quantites de matiere | |Etat initial |0 |ni (BMH) |ni (O2) |exces |exces |0 | Etat intermediaire |x | | |exces |exces | | | | | | | | | | |Etat final |xmax | | |exces |exces | | | | | | | | | |