Jeux
et chimie : le liquide magique,
enseignement de sp�cialit�, classe de premi�re g�n�rale.
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L'enfant utilise le coffret jeux d’initiation � la chimie pour r�aliser une exp�rience intitul�e � le liquide magique �.
L ’exp�rience est � faire en pr�sence d’un adulte.
Le livret fourni dans la boite indique la d�marche � suivre :
- mets les gants et les lunettes qui sont fournis
- dans l’erlenmeyer, verse 150 mL de la solution nomm�e S
- dissous y 5 g de glucose
- ajoute 1 g de bleu de m�thyl�ne. La solution devient bleue puis
progressivement devient incolore
- bouche et agite vigoureusement : la solution devient imm�diatement
bleue puis apr�s agitation se d�colore � nouveau progressivement
- agite une nouvelle fois : la solution devient encore bleue puis se
d�colore progressivement.
On obtient ainsi deux couleurs de solutions.
L'objectif de cette partie est d'expliquer l’�volution de la couleur de la solution.
Donn�es.
- formule brute du glucose : C6H12O6 ;
- masse molaire du glucose : M = 180 g.mol-1 ;
- forme oxyd�e du bleu de m�thyl�ne, not�e BM +(aq), seule esp�ce color�e en solution
- forme r�duite du bleu de m�thyl�ne not�e BMH(aq) ;
- couples oxydant r�ducteurs mis en jeu
BM +(aq) / BMH(aq)
O2 (aq) / H2O(l)
C6H12 O7 (aq) / C6H12O6 (aq)
- volume molaire des gaz dans les conditions de l’exp�rience Vm= 24,0 L.mol-1.
- la composition de l’air est consid�r�e comme connue du candidat.
C. �tude qualitative.
C.1 . Lorsque l’on
agite l’erlenmeyer , une partie du dioxyg�ne de l’air se dissout dans
la solution puis r�agit en oxydant la forme r�duite du bleu de
m�thyl�ne. La transformation chimique observ�e lors de l’agitation peut
�tre mod�lis�e par la r�action (1) dont l’�quation est �crite ci apr�s :
2 BMH(aq) + O2 (aq) + 2H+(aq) --->2 H2O(l) + 2 BM+(aq).
D�finir une oxydation.
Lors d'une oxydation, le r�ducteur c�de un ou plusieurs �lectrons.
C.2. Il se produit ensuite une deuxi�me r�action d'oxydor�duction entre le glucose et le bleu de m�thyl�ne sous forme BM+(aq) (r�action 2).
C.2.1. La demi �quation �lectronique du couple C6H12 O7 (aq) / C6H12O6 (aq), s’�crit
C6H12 O7 (aq) + 2 H+(aq) + 2 e- = C6H12O6 (aq) + H2O(l)
Justifier que le glucose est le r�ducteur de ce couple.
Le glucose gagne 2 �lectrons : c'est le r�ducteur de ce couple.
C.2.2. �crire la demi �quation �lectronique du couple BM +(aq) / BMH(aq).
BM+(aq) + 2e- + H+ (aq) = BMH(aq).
C.3 . En d�duire l’�quation de la r�action 2 mod�lisant la r�duction de la forme oxyd�e du bleu de m�thyl�ne par le glucose.
C6H12O6 (aq) + H2O(l) =C6H12 O7 (aq) + 2 H+(aq) + 2 e- .
BM+(aq) + 2e- + H+ (aq) = BMH(aq).
Ajouter :
C6H12O6 (aq) + H2O(l) +BM+(aq) + 2e- + H+ (aq) =C6H12 O7 (aq) + 2 H+(aq) + 2 e- + BMH(aq).
Simplifier :
C6H12O6 (aq) + H2O(l) +BM+(aq) -->C6H12 O7 (aq) + H+(aq) + BMH(aq).
C.3..3 .
� l’aide des mod�lisations effectu�es , expliquer les variations de
couleur observ�es lors de l’exp�rience avec le � liquide magique �.
Lors de l'agitation le dioxyg�ne de l'air oxyde le bleu de m�thyl�ne BMH(aq) en BM+(aq) seule esp�ce color�e.
Cette esp�ce est ensuite r�duite par le glucose en BMH (aq), esp�ce incolore.
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B. �tude quantitative.
On consid�re que compte tenu des volumes utilis�s , une fois bouch� herm�tiquement l’erlenmeyer contient un volume d’air Vair =0,240 L. Le bleu de m�thyl�ne introduit r�agit
dans la r�action (1), puis est r�g�n�r� dan s la r�action (2).
D.1. Calculer les quantit�s de mati�re n i O 2 de dioxyg�ne et n i C 6 H 12 O 6 de glucose contenues initialement dans l'erlenmeyer.
Vdioxyg�ne = Vair / 5 =0,048 L.
n i O 2 =Vdioxyg�ne / Vm =0,048 / 24,0 = 2,0 10-3 mol = 2 mmol.
n i C 6 H 12 O 6 = m / M(glucose) =5 / 180 ~0,028 mol = 28 mmol.
D.2
Sans rouvrir l’erlenmeyer, l’enfant r�alise dans la journ�e plusieurs
s�ries d'agitations successives . Au bout de quelques heures,
l’exp�rience � le liquide magique � ne
fonctionne plus, car la couleur bleue n’appara�t plus. Justifier que c’est parce que tout le dioxyg�ne disponible a disparu.
On attend un raisonnement s’appuyant sur un bilan de mati�re.
C6H12O6 (aq) + H2O(l) +BM+(aq) -->C6H12 O7 (aq) + H+(aq) + BMH(aq).
Une mole de glucose r�agit avec une mole de BM+(aq).
BMH(aq) + �O2 (aq) + H+(aq) ---> H2O(l) + BM+(aq).
Une mole de BMH (aq) r�agit avec 0,5 mole de dioxyg�ne.
Ajouter ces deux r�actions et simplifier :
C6H12O6 (aq) + �O2 (aq) --> C6H12 O7 (aq).
Bilan : une millimole de glucose consomme 0,5 millimole de dioxyg�ne.
Or le glucose est en large exc�s par rapport au dioxyg�ne. Ce dernier constitue le r�actif limitant.
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avancement (mmol)
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C6H12O6 (aq) |
+ �O2 (aq) |
--> C6H12 O7 (aq). |
�tat initial
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0
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28
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2
|
0
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en cours
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x
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28-x
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2-0,5 x
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x
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�tat final
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4
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24
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0
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4
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