Mettre en évidence un facteur cinétique - Exemple 1

Les ions permanganates \(\text {Mn}\text {O}_4^-\) sont très utilisés en chimie, notamment comme réactif titrant dans de nombreux titrages de réducteur (on parle d'ailleurs parfois de "manganimétrie"). On les utilise également en chimie organique comme oxydant de doubles liaisons carbone-carbone et de diverses familles fonctionnelles, comme dans le cas de l'oxydation de l'acide oxalique en dioxyde de carbone, qui a pour équation : `2"MnO"_4^{-}"(aq)"+5"H"_2"C"_2"O"_4"(aq)"+6"H"^+"(aq)"\rightarrow2"Mn"^{2+}"(aq)"+10"CO"_2"(g)"+8"H"_2"O(l)"`

Les réactions d'oxydation sont souvent lentes, mais on peut les accélérer en modifiant dans le bon sens un ou plusieurs de leurs facteurs cinétiques.

Objectif : montrer que la température est un facteur cinétique de la réaction d'oxydation de l'acide oxalique par les ions permanganate.

Remarque importante : comme les ions permanganate sont les seuls responsables de la coloration du milieu, on considèrera que la transformation est terminée quand le milieu réactionnel devient incolore.

Conseils pour les ECE

• Le protocole proposé doit mettre en évidence un facteur cinétique, il faut donc que tous les autres facteurs cinétiques supposés soient identiques d'une expérience à l'autre. La présence ou l'absence de catalyseur doit aussi être commune d'une expérience à l'autre. Ici, le solvant, les concentrations initiales des différents réactifs doivent être identiques d'une expérience à l'autre.
  
• Si vous mesurez une durée, il faut choisir le même critère pour chaque expérience. Si vous effectuez des mesures quantitatives au cours du temps, le temps de demi-réaction est souvent un critère pertinent pour comparer la durée de différentes transformations chimiques. Ici, la décoloration du milieu est le critère commun pour mesurer les durées.

Matériel mis à votre disposition

• Un bécher de `150\ "mL"`
  
• Trois tubes à essai
  
• Un porte tubes
• Trois thermomètres
• Deux bains-marie
• Trois chronomètres
• Un barreau aimanté et un agitateur magnétique
• Une éprouvette graduée de `50\ "mL"` et une autre de `100\ "mL"`
  
• Une solution aqueuse de permanganate de potassium à `0,005\ "mol·L"^-1`
  
• Une solution aqueuse d'acide oxalique à `0,1\ "mol·L"^-1`
  
• Une solution concentrée d'acide sulfurique dans un compte-gouttes

1. Proposer un protocole expérimental permettant de mettre en évidence que la température est un facteur cinétique de la réaction d'oxydation de l'acide oxalique par les ions permanganate.

2. Réaliser ce protocole.

Résultats bruts de la question 2

La vidéo ci-dessous a été accélérée 60 fois.

Le premier tube se décolore en plus de 35 min ; le deuxième se décolore en 9 min et 20 s ; le troisième en 3 min et 10 s.

3. Montrer que la température est un facteur cinétique de la réaction d'oxydation de l'acide oxalique par les ions permanganate.