Réaction entre l`acide oxalique et les ions permanganate

Première S1, Évaluation n°5, 16/02/2012
durée : 1h
I- Réaction entre l'acide oxalique et les ions permanganate (10 + 1 points)
Une solution incolore d'acide oxalique, de formule H2C204(aq) est mélangée à une solution violette de
permanganate de potassium, en milieu acide. la seule espèce colorée du système étudié est l'ion
permanganate, Mn04-(aq), de couleur violette. On observe l'évolution suivante:
Initialement, on a mélangé un volume V1 = 20,0 mL de solution d'acide oxalique à la concentration
C1 = 0,50 mol. L-1 avec un volume V2 = 5,0 mL d'une solution acidifiée de permanganate de potassium de
concentration C2 = O,40 mol.L-1 en ion permanganate. L'acide (constitué par les ions H+) est en excès et
l'eau est le solvant de la solution. Le tableau d'avancement de la réaction est donné en annexe.
1) Compléter l
’
équat
i
ondel
ar
éact
i
onen justifiant les valeurs obtenues pour les coefficients
+
s
t
œchi
omét
r
i
quesde l
’
i
onH etdel
’
eau.
Les coefficients x de H+ et y de H2O doivent vérifier la conservation des éléments :
1,5 conservation de O : 5 x 4 + 2 x 4 = 10 x 2 + y ; 28 = 20 + y ; y = 8
conservation de H : 5 x 2 + x = 2y ; 10 + x = 16 ; x = 6
remarque : La conservation de la charge donne la valeur de x: -2 + x = 4 donc x = 6
2) Enobs
er
v
antl
’
év
ol
ut
i
ondus
ys
t
ème,queles
tappar
emmentle réactif limitant ? Justifier.
1 Ler
éact
i
fl
i
mi
t
antes
tappar
emmentl
’
i
onper
manganat
ecarl
emél
angefi
nales
ti
ncol
or
e
ce qui indique que les ions permanganate ont été totalement consommés
3) Exprimer et calculer les quantités initiales des réactifs n1,i et n2,i.
1,5 n1,i = C1V1 = 0,50 x 20,0 x 10-3 = 1,0 x 10-2 mol
n2,i = C2V2 = 0,40 x 5,0 x 10-3 = 2,0 x 10-3 mol
4) a- Compléter littéralement le tableau d'avancement
b- Dét
er
mi
nerl
’
av
ancementmaxi
maldel
ar
éact
i
onetconfi
r
merl
’
i
dent
i
t
édur
éactif limitant.
1 Sil
’
aci
deoxal
i
quees
tl
i
mi
t
ant
,i
les
tent
i
èr
ementcons
ommé:
n1,f = n1,i - 5xmax1 = 0 ; xmax1 = n1,i / 5 = 1,0 x 10-2 /5 = 2,0 x 10-3 mol (5x10-3)
1 Sil
’
i
onper
manganat
ees
tl
i
mi
t
ant
,i
les
tent
i
èr
ementcons
ommé:
-3
n2,f = n2,i - 2xmax2 = 0 ; xmax2 = n2,i / 2 = 2,0 x 10 /2 = 1,0 x 10-3 mol (0,4x10-3)
0,5
xmax2 < xmax1 donc xmax= xmax2 = 1,0 x 10-3 mol et le réactif limitant est bien
l
’
i
onper
manganat
e.
(0,4 x 10-3)
5) Déterminer les quantités de matières du réactif en excès et des pr
odui
t
sfor
mésdansl
’
ét
atfi
nal
.
1,5acide oxalique en excès : n1,f = n1,i - 5xmax= 1,0 x 10-2- 5 x 1,0 x 10-3 = 5,0 x 10-3mol
n(Mn2+) = 2xmax = 2,0 x 10-3 mol ; n(CO2) = 10xmax = 1,0 x 10-2 mol
(0,8 x 10-3)
(4 x 10-3)
6) Dét
er
mi
nerl
aconcent
r
at
i
onmol
ai
r
edur
éact
i
fenexcèsdansl
’
ét
atfi
nal
.
1 [H2C2O4(excès)] = n2,f / Vmélange avec Vmélange = V1+V2 = 25 mL ;
[H2C2O4(excès)] = 5,0 x 10-3 / 25 x 10-3 = 0,20 mol.L-1
(8 x 10-3)
II- Structure des molécules (10 + 1 points)
Données :
Symbole atomique
Numéro atomique Z
H
1
C
6
N
7
O
8
Cl
17
1) Liaison de covalence
a- Écrire les formules électroniques des atomes du tableau en soulignant les électrons de valence ;
b- Déduire l
enombr
ed’
él
ect
r
onsmanquant à ces atomes pour vérifier la règle du duet ou del
’
oct
et
atome
Formule
1,5
électronique
Nombre d’
él
ect
r
ons
Manquants 1,5
H
(K)1
C
(K) (L)4
N
(K)2(L)5
O
(K)2(L)6
Cl
(K) (L)8(M)7
1
4
3
2
1
2
2
c- Lesat
omesl
i
ésd’
unemol
écul
edoivent vérifier l
esr
ègl
esduduetoudel
’
oct
et: D’
où proviennent
les électrons complémentaires «captés» par chaque atome l
i
éd’
unemolécule ? Quel est alors le
nombre de liaisons établies par chacun des atomes du tableau dans une molécule ?
chaque atome lié capte un ou plusieurs électrons de valence appartenant aux atomes
auxquels il est lié. l
enombr
edel
i
ai
s
onses
tal
or
ségalaunombr
ed’
él
ect
r
onscapt
és
donc manquants
1+0,5
2) For
mul
edeLewi
setgéomét
r
i
ed’
unemol
écul
e
a - Établir les formules de Lewis des molécules dont les modèles sont représentés ci-dessous :
acide hypochloreux HOCl
3
méthanamine CH5N
acide isocyanique HNCO
H
|
H –O - Cl |
H - C –N - H
|
H
H -N = C = O
|
H
b - Justifier la géométrie de la molécule de méthanamine en considérant les doublets liants et nonliants autour des atomes decar
boneetd’
azot
e
les 4 doublets liants autour du carbone se repoussent au maximum donc sont orientés
s
ui
v
antl
es4 sommet
sd’
unt
ét
r
aèdr
e; Les 3 doublets liants et le doublet non liant
del
’
azot
es
er
epous
s
entaumaxi
mum doncs
’
or
i
ent
entaus
s
iv
er
sl
es4 s
ommet
sd’
un
tétraèdre
1,5
3) Isomérie Z/E
Les molécules de propène et de stilbène ont pour formules semi-développée :
CH2 = CH –CH3 ;
C6H5 –CH = CH –C6H5 ;
propène
stilbène
- Lequel de ces composés pr
és
ent
el
’
i
s
omérie Z/E et pourquoi ? 1
l
es
t
i
l
bènepr
ésent
el
’
i
s
omér
i
eZ/E cars
amol
écul
epossède une double liaison C=C
et chaque atome de carbone de la double liaison est lié à 2 atomes différents (H et C)
(chaque atome C de la double liaison est lié à un atome C du groupe C6H5)
- Représenter les isomères Z et E de ce composé
C6H5
H
C = C
(Z)
C6 H 5
H
C6H5
et
H
H
C = C
(E)
C6 H 5
1
 
ANNEXE
NOM :…………………………………………………………
5H2C204(aq) + 2 MnO4-(aq) + 6H+(aq) 
0,5
2Mn2+(aq) + 10 CO2(g) + 8H2O()
État du
système
Avancement
n(H2C204)
initial
0
n1,i
n2,i
0
0
intermédiaire
x
n1,i - 5x
n2,i - 2x
2x
10x
final
xmax
n1,f = n1,i - 5xmax
n2,f = n2,i - 2xmax
2xmax
10xmax
n(MnO4-)
1,5
n(Mn2+)
n(CO2)