NOM : Prénom : Centre d examen : N d inscription : Ce sujet comporte 4 feuilles individuelles différenciées sur lesquelles le candidat doit consigner ses réponses Le candidat doit restituer ce document avant de sortir de la salle d'examen Le candidat doit agir en autonomie et faire preuve d initiative tout au long de l épreuve. En cas de difficulté, le candidat peut solliciter l examinateur afin de lui permettre de continuer la tâche. L examinateur peut intervenir à tout moment sur le montage, s il le juge utile. Compétences travaillées (capacités et attitudes) APP : proposer un protocole expérimental. REA : suivre un protocole ; effectuer un dosage; utiliser le matériel de manière adaptée. VAL : Valider des résultats, rédiger avec soin. ANA REA COM 20 CONTEXTE DU SUJET L eau oxygénée ou solution aqueuse de peroxyde d hydrogène H 2 O 2 (l) est découverte en 1818 par le chimiste français Thénard. Elle est commercialisée en solutions aqueuses de titres variées dites «eaux oxygénées à volumes». Dans le langage courant, les dénominations peroxyde d hydrogène et eau oxygénées sont cependant souvent confondues On l utilise dans des domaines extrêmement divers : - blanchiment des pâtes à papier et des textiles - décoloration des cheveux - traitement des eaux potables et usées - désulfuration et dénitrification des fumées - métallurgie de l uranium Louis Jacques Thénard - décapant pour tôles et fils en acier inoxydables - antiseptique pharmaceutique Depuis plus d un siècle, l eau oxygénée est utilisée pour ses propriétés antiseptiques dues au dioxygène libéré lors de sa réaction de dismutation. L objectif du TP est de vérifier l indication en volume inscrite sur le flacon d une eau oxygénée commerciale
DOCUMENTS MIS A DISPOSITION Document 1 : Titre «en volumes» de l eau oxygénée Actuellement, la concentration d une eau oxygénée est donnée en référence à sa réaction de dismutation : le titre «en volumes» : τ correspond au volume de dioxygène O 2 (g) donné en litres L que peut dégager 1,0 L de solution aqueuse d eau oxygénée H 2 O 2 (aq) à 0 C et sous 1 bar au terme de sa réaction de dismutation : 2H 2 O 2(aq) 2H 2 O (l) + O 2(g) On a τ = V O2 = 12 * C H2O2 Document 2 : Réactions lentes ou rapides L eau oxygénée réagit lentement avec l ion iodure selon la réaction : H 2 O 2(aq) +2I - (aq) + 2H + (aq) 2H 2 O (l) + I 2(g) Le diiode réagit instantanément avec une solution de thiosulfate de sodium selon l équation : I 2 (aq) + 2 S 2 O 3 (aq) S 4 O 6 (aq) + 2 I (aq) Document 3 : Autres données Eau oxygénée : H 2 O 2 Couleur de quelques espèces en solution aqueuse : Espèce I (aq) I 2(aq) S 2 O 3 (aq) S 4 O 6 (aq) H 2 O 2(aq) H + (aq) Couleur en solution aqueuse incolore brun à jaune Le diiode I 2 prend une teinte bleue en présence d empois d amidon. Identification des dangers relatifs à certains produits : incolore incolore incolore incolore Eau oxygénée Solution de diiode Provoque des brûlures Très toxique pour les organismes aquatiques MATÉRIEL MIS À DISPOSITION DU CANDIDAT 1 pipette jaugée de 10,0 ml + propipette 2 éprouvettes graduées de 10 ml 1 erlenmeyer de 100 ml 1 éprouvette graduée de 25 ml 4 béchers de 100 ml 1 agitateur magnétique + barreau aimanté 1 burette graduée de 25 ml Lunettes et gants Cristallisoir d eau tiède 1 verre à pied Solution (S) diluée 20 fois d eau oxygénée de concentration molaire volumique C = C 0 / 20 solution d iodure de potassium (K + (aq),i - (aq)) à la concentration C 2 = 5,0 10-1 mol.l -1 Acide sulfurique 2,0 mol.l 1 sous la hotte Solution de thiosulfate de sodium (2Na + (aq)+s 2 O 3 (aq) ) de concentration C 3 = 2,0 10-1 mol.l 1 en ions thiosulfate S 2 O 3 (aq) Empois d amidon 1 stylo à verre
TRAVAIL A EFFECTUER 1/ Analyse des documents et proposition d un protocole (20 minutes conseillées) Proposer succinctement le protocole expérimental vous permettant d accéder à la concentration en eau oxygénée dans la solution puis au titre de la solution. De quel type de dosage s agit-il (direct, indirect, en retour)? Expliquer. APPEL N 1 Appeler le professeur pour lui proposer le protocole choisi 2/ Réalisation du dosage de l eau oxygénée (20 minutes conseillées) Dans un erlenmeyer de 100 ml, introduire successivement : - 10,0 ml de la solution (S) - Environ 10 ml de solution d iodure de potassium (K + (aq), I - (aq)) à c 2 = 5,0 10-1 mol.l -1-3 à 4 ml (environ) d acide sulfurique de concentration molaire volumique 2,0 mol.l -1 (cet ajout se fait avec des gants sous la hotte) prélevée à l éprouvette graduée - Agiter et placer au bain marie 5 min Puis, en utilisant le matériel mis à disposition et à partir du protocole choisi, réaliser le dosage de l eau oxygénée, tout en prenant les mesures de sécurité adaptées.
APPEL FACULTATIF Appeler le professeur en cas de difficulté. 3/ Exploitation (20 min conseillées) a) Déduire des résultats expérimentaux la concentration molaire volumique apportée c de la solution (S), puis celle c 0 de la solution initiale (S 0 ). Déterminer le titre en volume de l eau oxygénée officinale (S 0 ). Comparer avec l indication portée sur le flacon. Conclure. APPEL N 2 Appeler le professeur pour lui présenter les résultats ou en cas de difficultés. b) On dit souvent qu un flacon d eau oxygénée n est plus utilisable au-delà de 6-10 mois après son achat. Pourquoi? Sachant que la réaction de dismutation est accélérée par les métaux, la lumière, justifier l utilisation de flacons en PVC opaques et la conservation dans des endroits frais. Défaire le montage et ranger la paillasse avant de quitter la salle.
CORRECTION 1/ Analyse des documents et proposition d un protocole (20 minutes conseillées) L eau oxygénée réagissant lentement avec l ion iodure il n est pas possible de procéder à un dosage direct. Il faudra donc placer sous agitation un volume précis d eau oxygénée S en présence d ion iodure introduits en excès et d acide. Laisser la réaction avoir lieu quelques temps. Il se forme alors une quantité de matière de diiode équivalente à la quantité de matière d eau oxygénée initialement introduite. Il faut ensuite procéder au dosage du diiode par les ions thiosulfates. Quand la solution devient jaune très clair, introduire l emploi d amidon. L équivalence se repère lorsque la coloration bleu disparait cad que tout le diiode a été consommé. On a alors n H2O2 = n I2 = n S2O3 /2 De quel type de dosage s agit-il (direct, indirect, en retour)? Expliquer. Il s agit d un dosage indirect par déplacement. L'espèce A réagit en premier lieu avec B en excès inconnu, ensuite le produit C formé par cette réaction est titré par un nouveau réactif E. A + B en excès inconnu C + D C formé + E F + G 2/ Réalisation du dosage de l eau oxygénée (20 minutes conseillées) Erlenmeyer de 100 ml contenant un barreau aimanté sur une feuille blanche (dosage colorimétrique) sur un agitateur magnétique. Thiosulfate de sodium dans une burette placée au-dessus. La solution est jaune au départ. Au fur et à mesure de l ajout du réactif titrant, la solution s éclaircit. Difficile de percevoir à l œil nu le passage du jaune clair à l incolore donc juste avant l équivalence, ajouter l empois d amidon. La solution devient bleue. Lorsque la solution dans l erlenmeyer devient incolore, l équivalence est atteinte. Noter V E 3/ Exploitation (20 min conseillées) (n H2O2 ) i = (n S2O3 /2) E donc C = C 3 * V E / (2 * V) avec V = 10mL C 0 = C *20 τ = V O2 = 12 * C 0 Pour comparer, faire un calcul d écart relatif. b) On dit souvent qu un flacon d eau oxygénée n est plus utilisable au-delà de 6-10 mois après son achat. Pourquoi? A cause de sa dismutation qui est lente mais finit par diminuer considérablement la concentration en principe actif de l eau oxygénée. Sachant que la réaction de dismutation est accélérée par les métaux, la lumière, justifier l utilisation de flacons en PVC opaques et la conservation dans des endroits frais. Diminuer au maximum la cinétique de dismutation de l eau oxygénée.