Dosage rédox : Dosage de l’eau oxygénée  par une solution de permanganate de potassium.

Objectif : Déterminer la concentration exacte d’une solution S0 d’eau oxygénée du laboratoire.

Données.

Espèce chimique étudiée

Peroxyde d'hydrogène ou eau oxygénée

Ions permanganate

Solutions de diiode

Formule

H2O2(aq)

MnO4-(aq)

 I2(aq)

Couples rédox

H2O2(aq) / H2O 

O2(g) / H2O2(aq)

MnO4-(aq)  /  Mn2+(aq)

I2(aq) / I-(aq)

Caractéristiques

  

Les solutions de permanganate de potassium sont violettes ; les ions Mn2+ (aq) (manganèse) sont incolores

Les solutions de diiode sont brunes à jaune selon leur concentration.

Les ions I-(aq) (ions iodure) sont incolores


1. Préparation de la solution diluée d’eau oxygénée

On dispose d’une solution commerciale d’eau oxygénée ( notée S0 )de concentration c0. 
On veut préparer 100 mL d’une solution diluée 10 fois. La solution obtenue sera notée S1.
Décrire précisément le mode opératoire ( choix de la verrerie utilisée, manipulation..)
On verse de la solution S0 dans un bécher. Rincer une pipette jaugée de  10,0 mL avec cette solution.
On prélève 10,0 mL de la solution avec une pipette jaugée que l'on verse dans une fiole jaugée de 100,0 mL. On verse un peu d'eau distillée ; on agite.
On complète avec de l'eau distillée jusqu'au trait.

2.Etude des propriétés oxydante et réductrice de l'eau oxygénée

2.1. Réaction 1

solution de permanganate de potassium( K+(aq)+MnO4-(aq)) sur la solution d’eau oxygénée en milieu acide

Dans un tube à essais, verser environ 1 mL de solution d’eau oxygénée diluée S1  + 2 mL environ de solution d’acide sulfurique (2H+(aq)+ SO42-(aq)) ; ajouter goutte à goutte environ 1 mL de solution de permanganate de potassium.
Puis ajouter un excès de cette même solution de permanganate de potassium.

Le mélange initial est incolore.
Au fur et à mesure que l'on verse un peu de permanganate ( violet ), il se décolore. La réaction est instantanée.
Quand on verse un excès de permanganate, la coloration violette persiste.

Oxydant  : ion permanganate MnO4-(aq)
:
 
Réducteur  : eau oxygénée  H2O2(aq) :
Réaction 1 :
 

2.2 Réaction 2 : 

solution d’iodure de potassium ( K+(aq) + I-(aq) )  sur la solution de H2O2, en milieu acide

Dans un tube à essais, verser environ 2 mL de solution d’eau oxygénée diluée S1 +  2 mL environ  de solution d’acide sulfurique.  Ajouter environ 0,5 mL de solution d'iodure de potassium.

Quand on verse l'iodure de potassium ( jaune pâle ) dans le mélange initial ( incolore ), la coloration évolue très progressivement du jaune au brun .

Oxydant  : eau oxygénée  H2O2(aq)

Réducteur  : ion iodure I-(aq)

Réaction 2 :

       

2.3. Application au dosage de l’eau oxygénée

 Rappeler les caractéristiques d’une réaction servant de support à un dosage ;
Une réaction servant de support à un dosage doit être totale, instantannée. Il doit y avoir un changement de couleur net.
Rappeler la définition de l’équivalence.
A l'équivalence, il y a changement de réactif limitant ; les réactifs ont été versés dans les proportions stoéchiométriques.
Des deux réactions étudiées, laquelle permet de doser facilement une solution d’eau oxygénée ? (justifier)
La réaction 1 présente les caractères nécessaires.        

Etablir le tableau d’avancement de la réaction choisie. Quelle est la relation entre les quantités de matière à l'équivalence ?

       
E. initial n2versé n1i  / 0 / 0
en cours n2versé - 2x n1i  - 5x / 2x / 5x
A l'équivalence n2versé - 2xE n1i  - 5xE / 2xE / 5xE

A l'équivalence, on a : n2versé - 2xE = 0     et    n1i  - 5xE  = 0 
Donc  :   (relation 1)

Comment pourra-t-on détecter l'équivalence ?
La solution deviendra violette.

3. Dosage de l'eau oxygénée par le permanganate de potassium

3.1. Mode opératoire

 Placer un peu de solution S1 dans un bécher (propre et rincé auparavant avec un peu de S1).         
Prélever, à l'aide d'une pipette jaugée (rincée au préalable avec un peu de S1), un volume V = 10,0 mL de la solution diluée S1, le placer dans un erlenmeyer (propre et sec).
·         Ajouter 20 mL d'eau distillée et 10 mL d'acide sulfurique à 1 mol.L-1 (volumes prélevés avec une éprouvette graduée).
·         Préparer la burette : vérifier le bon fonctionnement du robinet, rincer la burette avec un peu de la solution titrée de permanganate de potassium (de concentration C2 = 2,00.10-2 mol.L-1 ),  remplir la burette avec la solution titrée et ajuster le zéro.
         Verser la solution de permanganate de potassium et noter le volume nécessaire pour que la coloration rose persiste. Faire 2 dosages : un rapide et un précis à la goutte près. Noter les valeurs obtenues (Ve). 


3.2. Compte rendu.

a)      Faire un schéma annoté du dispositif de dosage : nom de la verrerie, des réactifs. Expliquer succinctement le  choix de la verrerie et son utilisation correcte.

La solution S1 est prélevée à l'aide d'une pipette jaugée de 10,0 mL(précision).

La solution de permanganate est versée dans la burette que l'on a préalablement rincée avec cette même solution.

b)      Quel est le rôle de l'acide sulfurique concentré ?

L'acide est nécessaire  : il apporte les ions H+

c)       En utilisant la relation 1, donner la relation littérale entre C1 (concentration de la solution S1 en eau oxygénée), V1, C2 et VE. En déduire la valeur de la concentration de la solution S1.

 n1i  = C1 V1          et         n2versé = c2 VE

d)      Calculer la concentration de la solution commerciale So d'eau oxygénée.

La solution initiale a été diluée 10 fois.
Donc :   C0 = 10 C1