Travaux pratiques - Olympiades de chimie

XXVI èmes OLYMPIADES de la chimie
EPREUVE DU CONCOURS REGIONAL 2009-2010
NOM :
PRENOM :
ACADEMIE DE CAEN
durée : 2 heures
ETABLISSEMENT :
Introduction : le vin comporte plusieurs centaines de composés différents (eau, éléments
organiques, sucres, alcools ...). Parmi ceux-ci, l’éthanol qui joue un rôle important dans la stabilité
du vin et son goût. Il résulte de la fermentation du jus de raisin (transformation du glucose sous
l’effet de levures) selon l’équation : C6H12O6 → 2 C2H5-OH + 2 CO2.
Le degré alcoolique d’un vin correspond au pourcentage volumique de ce vin en éthanol. C’est le
volume d’éthanol, exprimé en mL, contenu dans 100 mL de vin à 20 °C.
L’objectif de cette séance est de déterminer le degré alcoolique d’un vin blanc mousseux par titrage
indirect de l’éthanol.
Données : éthanol C2H5-OH : liquide inflammable, de densité 0,79, de température d’ébullition
79°C, très soluble dans l’eau.
Principe et déroulement du T.P. :
1) Extraction de l’éthanol d’un échantillon de vin par distillation fractionnée.
2) Préparation d’une solution diluée d’éthanol.
3) Réaction entre un volume connu de cette solution diluée d’éthanol avec un oxydant (l’ion
permanganate MnO4-) en excès.
4) Titrage de l’excès de solution oxydante par une solution réductrice (sel de Mohr contenant
des ions fer II Fe2 +).
5) Détermination du degré alcoolique du vin.
1) Extraction de l’éthanol d’un échantillon de vin par distillation fractionnée
Cette première partie étant longue, mettre sous tension le chauffe-ballon (position
maximale) dès la lecture du protocole.
Dans un ballon de 250 mL, introduire avec précision V = 50 mL du vin blanc mousseux
dégazéifié fourni, environ 100 mL d’eau permutée et quelques billes de verre.
Réaliser le montage ci-dessous de façon à récupérer environ 50 mL de distillat dans
l’erlenmeyer. On considèrera que tout l’éthanol contenu dans l’échantillon de vin est alors
extrait dans le distillat.
1
Noter la température en tête de colonne au cours de cette manipulation :
Pendant ce temps, réaliser le titrage de la solution oxydante de permanganate de potassium par
la solution de sel de Mohr et répondre aux premières questions proposées à la fin de ce texte.
Titrage de la solution oxydante de permanganate de potassium par la solution de sel de Mohr
Dans un bécher, introduire (avec gants et lunettes de protection) :
- à la pipette jaugée VOx = 20 mL de solution de KMnO4 de concentration COx à déterminer
- à la pipette jaugée 2 mL d’eau permutée
- environ 20 mL d’acide sulfurique à 5 mol.L - 1
- un barreau aimanté.
Remplir la burette graduée de la solution de sel de Mohr de concentration CRed = 0,3 mol.L - 1 et
l’introduire lentement dans le bécher tout en agitant jusqu’à observer une coloration jaune pâle
du mélange (équivalence du titrage).
Soit VRed 1 le volume de solution de sel de Mohr versé à l’équivalence : VRed 1 = …………mL.
Connaissant l’équation (1) de la réaction :
MnO4- + 8 H+ + 5 Fe 2+ → Mn 2+ + 5 Fe 3+ + 4 H2O,
en déduire la concentration COx de la solution de KMnO4.
A l’équivalence : n ion Fer II = 5. n ion permanganate d’où CRed . VRed 1 = 5. COx . VOx
Ce qui conduit à : COx =
2) Préparation de la solution diluée S d’éthanol
Transvaser le distillat contenant l’éthanol dans une fiole jaugée de 200 mL.
Rincer l’erlenmeyer et récupérer l’eau de rinçage dans la fiole jaugée.
Compléter à 200 mL tout en agitant. Soit S la solution obtenue.
3) Oxydation de l’éthanol
En présence de l’ion permanganate en excès, l’éthanol s’oxyde en milieu acide à froid en acide
éthanoïque selon l’équation (2) :
5 C2H5-OH + 4 MnO4- + 12 H+ → 5 CH3COOH + 4 Mn 2+ + 11 H2O.
Introduire dans un erlenmeyer :
- à la pipette jaugée VOx = 20 mL de solution de KMnO4 de concentration COx
- à la pipette jaugée VS = 2 mL de solution S d’éthanol
- environ 20 mL d’acide sulfurique à 5 mol.L - 1
- un barreau aimanté.
Laisser réagir sous agitation pendant 20 minutes.
4) Titrage de l’excès d’ions permanganate
Au bout des 20 minutes :
remplir la burette graduée de la solution de sel de Mohr de concentration CRed = 0,3 mol.L - 1 et
l’introduire lentement dans l’erlenmeyer tout en agitant jusqu’à observer une coloration jaune
pâle du mélange (équivalence du titrage).
Soit VRed 2 le volume de solution de sel de Mohr versé à l’équivalence : VRed 2 = …………mL.
A l’aide de l’équation (1), des valeurs des concentrations CRed , COx et du volume VRed 2 obtenu
à l’équivalence, déterminer la quantité de matière n2 en ions permanganates en excès présents
dans l’erlenmeyer après l’oxydation des 2 mL de solution S.
n2 =
2
5) Questions diverses
a) Le vin mousseux que vous avez manipulé a été dégazéifié. De quel gaz s’agit-il ?
b) Pour éliminer le gaz dissous, une technique consiste à chauffer le vin sous pression réduite
ce qui provoque le dégazage. Que pouvez-vous en déduire quant à la solubilité de ce gaz ?
c) Le distillat recueilli est-il de l’éthanol pur ? Justifier votre réponse.
d) Pourquoi ajoute-t-on de l’eau dans le vin pour réaliser la distillation ce qui peut paraître
surprenant vu que l’objectif est d’extraire l’éthanol du vin lui-même constitué de beaucoup
d’eau ?
e) Nommer les différents éléments du montage de distillation numérotés de 1 à 8.
6) Analyse des résultats
a) Calculer la quantité n0 d’ions permanganate présente dans 20 mL de la solution de
concentration COx.
n0 =
b) Déduire de n0 et de n2 la quantité n1 d’ions permanganates qui a réagi avec les 2 mL de
solution S d’éthanol.
n1 =
c) En déduire la quantité d’éthanol présente dans les 2 mL de solution S qui a été oxydé.
d) Déterminer le degré alcoolique du vin mousseux étudié.
e) Comparer à l’indication de l’étiquette : 11 °. Interpréter.
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