OLYMPIADES RÉGIONALES DE CHIMIE 2009/2010 FRANCHE-COMTE Epreuve expérimentale 1/5 N d anonymat

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1 1/5 N d anonymat Introduction L utilisation non alimentaire des produits agricoles est une activité en plein développement. Parmi les agroressources valorisables, le saccharose est en partie utilisé dans la conception de mousses polyuréthanes rigides, de tensioactifs ou nouveaux matériaux. Le saccharose est extrait industriellement de la betterave sucrière dont il constitue environ 75 % de la matière sèche. L objectif de l épreuve est de déterminer la concentration molaire d une solution aqueuse de saccharose, assimilée à une solution extraite d une betterave sucrière. Données utiles Les glucides Ce sont des composés contenant plusieurs groupes hydroxyle et qui comportent (ou qui sont susceptibles de libérer) une fonction aldéhyde ou cétone. Les glucides intervenant dans l épreuve sont répertoriés dans le tableau suivant: : Le saccharose Le glucose Le fructose C 12 H 22 O 11 C 6 H 12 O 6 C 6 H 12 O 6 HOH 2 C(CHOH) 4 CHO HOH 2 C(CHOH) 3 COCH 2 OH L hydrolyse acide d une molécule de saccharose libère une molécule de glucose et une molécule de fructose. Cette réaction est catalysée par les ions oxonium apportés par une solution acide. Le diiode Le diiode est un oxydant dont la couleur brune en solution est caractéristique. En milieu acide, le couple oxydantréducteur dans lequel le diiode est impliqué est I 2 /I. En milieu basique, le diiode se dismute (se transforme) en ion iodure I et en ions iodate IO 3. Le couple oxydantréducteur est alors IO 3 /I Le dosage du diiode s effectue à l aide des ions thiosulfate S 2 O 3 selon une réaction d oxydoréduction. Lors de l ajout de solution titrante, la couleur brune disparaît lentement. L instant de décoloration totale étant difficilement perceptible, on ajoute avant l équivalence (solution jaune pâle) un peu d empois d amidon qui devient bleu/noir en présence de diiode. Cette coloration disparaît brutalement quand le diiode est totalement consommé. Sécurité Solution aqueuse d acide chlorhydrique : corrosive Solution aqueuse d hydroxyde de sodium : corrosive Solution aqueuse de diiode : nocive Ne pas jeter à l évier les mélanges obtenus à la fin des dosages réalisés. Utiliser les bidons de récupération prévus à cet effet. Le port de lunettes de sécurité et de gants est obligatoire durant toute la durée de l épreuve. Principe de la manipulation On hydrolyse, en milieu acide, un volume connu de solution aqueuse de saccharose de concentration inconnue. La fonction aldéhyde du glucose libéré par l hydrolyse est oxydée, en milieu basique, en ion gluconate en présence d un excès d ions iodate provenant de la dismutation du diiode. On repasse ensuite en milieu acide : les ions iodate en excès sont régénérés en diiode (phénomène de médiamutation inverse de la dismutation) qui sera dosé par des ions thiosulfate. L exploitation de la manipulation permet de déterminer la concentration de la solution de saccharose.

2 2 /5 N d anonymat Protocole expérimental I. Hydrolyse du saccharose en milieu acide Dans un ballon de 100 ml, introduire V 0 = 20,0 ml de la solution S 0 de saccharose de concentration C 0 inconnue, 5 ml de solution d acide chlorhydrique de concentration 2 mol.l 1 et quelques grains de pierre ponce ou billes de verre. Assembler un dispositif de montage à reflux. Chauffer fortement jusqu à ébullition puis baisser le thermostat pour maintenir une ébullition douce pendant 20 minutes. Pendant cette durée, traiter certaines questions de la feuille réponse. Refroidir le ballon à l air libre puis sous un courant d eau froide. Amener le ph entre 8 et 9 en ajoutant doucement une solution d hydroxyde de sodium à 2 mol.l 1. Transvaser quantitativement le contenu du ballon dans une fiole jaugée de volume V=50,0 ml. Compléter avec de l eau distillée: on note S la solution ainsi préparée. II. Oxydation du glucose libéré en milieu basique Faire vérifier le montage par le professeur Préparer 2 échantillons à titrer, selon le protocole suivant : Dans un erlenmeyer de 100 ml, introduire un volume V G = 20,0 ml de solution S; Ajouter un volume V I2 =20,0 ml de solution de diiode de concentration [I 2 ] environ égale à mol.l 1 Ajouter enfin 5 ml de solution d hydroxyde de sodium de concentration 2 mol.l 1. Boucher, agiter et laisser reposer 20 minutes à l obscurité. Pendant ce temps, conduire le protocole de la partie suivante. III. Détermination de la concentration exacte [I 2 ] de la solution de diiode Réaliser 2 dosages concordants selon le protocole suivant : Dans un erlenmeyer de 100 ml, introduire un volume V' I2 = 10,0 ml de solution de diiode. Remplir la burette avec une solution de thiosulfate de sodium de concentration [S 2 O 3 ] = 1, mol.l 1. Faire vérifier le montage par le professeur Ajouter la solution titrante jusqu à obtenir une teinte jaune pâle, introduire alors quelques gouttes d empois d amidon. Poursuivre l ajout de solution titrante jusqu à l obtention de l équivalence (décoloration totale). Attention: une fin de titrage au goutte à goutte précis est exigé pour les deux essais! Soit V éq le volume de solution titrante versé à l équivalence (feuille réponse). IV. Dosage de l excès de diiode Réaliser 2 dosages concordants selon le protocole suivant : Reprendre l un des erlenmeyer maintenu 20 minutes à l obscurité. Ajouter 10 ml de solution d acide chlorhydrique de concentration 2 mol.l 1. Doser la totalité du volume de l erlenmeyer par la solution de thiosulfate de sodium selon les consignes imposées dans la partie III. Refaire de même avec le deuxième erlenmeyer. Soit V' éq le volume de solution titrante versé à l équivalence (feuille réponse). Attention: une fin de titrage au goutte à goutte précis est exigé pour les deux essais!

3 3/5 N d anonymat Partie I Feuille réponses 1. Citer les fonctions caractéristiques présentes dans les molécules de glucose et de fructose. 2. Ecrire l équation de la réaction d hydrolyse du saccharose. 3. Expliquer pourquoi on élève le ph à une valeur supérieure à 8. Partie II 4. Sachant que les couples oxydant/réducteur concernés sont I 2 /I et IO 3 /I 2, montrer que l équation de réaction de dismutation du diiode en milieu basique s écrit : 3 I HO = IO I + 3 H 2 O (équation 1) 1. Calculer la quantité n 2 d ions hydroxyde titrés dans 20,0 ml de solution S : 5. Sachant que les couples concernés sont IO 3 /I et RCO /RCHO (ion gluconate/glucose), montrer que l équation de la réaction d oxydation du glucose s écrit : IO RCHO + 3 HO = I + 3 RCO H 2 O (équation 2) Partie III 6. Sachant que les couples concernés sont I 2 /I et S 4 O 6 /S 2 O 3, montrer que l équation de la réaction de dosage du diiode s écrit : I S 2 O 3 = 2 I + S 4 O 6 (équation 3)

4 4/5 N d anonymat Résultats des titrages: V éq(1) = V éq(2) = V éq moyen retenu = 7. Ecrire la relation entre les quantités de matière de diiode et d ions thiosulfate versées à l équivalence du dosage de la partie III et calculer la valeur exacte de la concentration[i 2 ] de la solution de diiode. Partie IV Résultats des titrages: V' éq moyen = V' éq(1) = V' éq(2) = V' éq moyen retenu = 8. Pourquoi avoir ajouté de l acide chlorhydrique avant le dosage? 9. Exprimer et calculer la quantité de diiode en excès n I2 (E) dosée. 10. Exprimer et calculer la quantité de diiode introduite n I2 (I) pour oxyder le glucose.

5 5/5 N d anonymat 11. Exprimer et calculer la quantité de diiode n I2 (C) consommée par la réaction d oxydation du glucose. 12. En s appuyant sur l équation 1, exprimer puis calculer la quantité d ions iodate n IO3 consommée par la réaction d oxydation du glucose. 13. En s appuyant sur l équation 2, exprimer puis calculer la quantité n G de glucose dans le volume V G. 14. En déduire la quantité n RCHO de glucose dans le volume V. 15. Déduire ensuite la quantité n 0 de saccharose dans le volume V Calculer enfin la concentration C 0 de la solution S 0.