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Sujet 21: Un antiseptique : l’eau oxygénée

Figure 21.1. Etiquette d’une solution commerciale

d’eau oxygénée S

Communément appelée «eau oxygénée», la solution aqueuse antiseptique

est utilisée, notamment pour détruire les virus, champignons et bactéries.

Son principe actif est le peroxyde d’hydrogène, de formule brute H2O2.Le

but de cet exercice est de vérifier les indications figurant sur l’étiquette

d’une solution commerciale d’eau oxygénée.

Données :

— Masse molaire moléculaire du peroxyde d’hydrogène : M(H2O2)=34g · mol−1

— Le peroxyde d’hydrogène H2O2 contenu dans l’eau oxygénée peut être oxydé par les ions permanganates MnO

–

4 suivant

la réaction d’oxydoréduction dont l’équation est la suivante :

2 MnO

–

4 (aq) + 6 H

+

(aq) + 5 H2O2(aq)

2 Mn

2+

(aq) + 8 H2O(l) + 5 O2(g)

— Couples d’oxydoréduction mis en jeu : MnO

–

4 (aq) / Mn

2+

(aq) ; O2(g) / H2O2(l)

— Le titre T d’une eau oxygénée exprime le volume de dioxygène que peut libérer un litre d’eau oxygénée en volume. En

effet, l’eau oxygénée en réagissant avec elle-même, libère du dioxygène gazeux selon l’équation :

2H2O2(aq)

2 H2O(l) + O2(g)

Lors de cette réaction, H2O2 joue à la fois le rôle d’oxydant et de réducteur.

— Le titre T est donnée par la relation : T = C×Vm

2

avec T : titre, C : concentration en quantité de matière en mol·L

−1

et Vm = 22,4L · mol−1 volume molaire d’un gaz

(dans les conditions normales de température et de pression)

— Spectre d’absorption obtenu au laboratoire d’une solution aqueuse de permanganate de potassium :

Partie 1 : Préparation de la solution à titrer

Afin de procéder au titrage du peroxyde d’hydrogène contenue dans la solution commerciale par les ions permanganate, la

solution commerciale S est diluée dix fois pour obtenir la solution S .

1.1. Rédiger précisément le protocole à suivre pour réaliser cette dilution.

— Verser la solution commerciale dans un bécher

— Prélever un volume V0 = 10 mL de solution commerciale à l’aide d’une pipette jaugée munie d’une propipette.

— Verser dans une fiole jaugée de volume V1 = 100 mL.

— Ajouter de l’eau distillée à l’aide d’une pissette jusqu’au col de la fiole, boucher et agiter.

— Compléter à l’eau distillée jusqu’au trait de jauge, d’abord à l’aide de la pissette, puis au compte goutte, boucher

et agiter.

1.2. Seuls les ions permanganate sont colorés en solution aqueuse. Justifier cette propriété et préciser la couleur de ces ions

en solution aqueuse.

La coloration des ions permanganate provient de leur capacité à absorber une partie de la lumière visible. Cette

propriété est visible dans le spectre d’absorption qui indique de plus que l’absorption est maximale pour une longueur

d’onde λmax = 510 nm, correspondant à de la lumière verte. La couleur des ions permanganate en solution correspond

à la couleur complémentaire de celle majoritairement absorbée, c’est à dire le violet.

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Physique-Chimie / 1ère Spécialité

Partie 2 : Titrage du peroxyde d’hydrogène par les ions permanganate

Il est procédé au titrage d’oxydoréduction suivi par colorimétrie de V = 20, 0 ± 0, 05mL de la solution S par une solution

de permanganate de potassium de concentration en quantité de matière égale à C0 = (5, 00 ± 0, 2) · 10−2mol · L−1. Lors de

ce titrage colorimétrique, le volume obtenu à l’équivalence est de Veq = 13, 7 ± 0, 05ml.

2.1. Schématiser le montage expérimental utilisé en le légendant.

2.2. Écrire les demi-équations électroniques mises en jeu lors du titrage permettant de retrouver l’équation de la réaction

d’oxydoréduction support du titrage.

MnO

–

4 (aq) + 8 H

+

(aq) + 5 e

–

Mn

2+

(aq) + 4 H2O(l)

O2(g) + 2 H

+

(aq) + 2 e

–

H2O2(l)

2.3. Définir l’équivalence et donner, à l’équivalence, la relation entre les quantités de matière des ions permanganate intro-

duits n(MnO

–

4 (aq)) et du peroxyde d’hydrogène n(H2O2(aq)) initialement présent dans l’échantillon titré.

L’équivalence est le point du titrage où les réactifs ont été introduits dans des proportions stœchiométriques. On a

alors :

n(MnO

–

4 (aq))

2

=

n(H2O2(aq))

5

2.4. Comment l’équivalence est-elle repérée lors de ce titrage?

L’équivalence est repérée par un virage de teinte de la solution. La teinte de cette dernière passant d’incolore à la

couleur du réactif titrant, c’est à dire violet.

2.5. Déterminer C , la concentration en quantité de matière du peroxyde d’hydrogène de la solution S .

D’après le relation précédente

C0 × Veq

2

=

C × V

5

C =

5 × C0 × Veq

2 × V

C =

5 × 5,00 · 10−2 × 13,7

2 × 20.0

C = 8,56 · 10−2 mol · L−1

2.6. L’incertitude relative sur C vaut U(C)=0,034 mol · L−1. Proposer un encadrement de la concentration en quantité de

matière C du peroxyde d’hydrogène de la solution commerciale S.

La solution commerciale ayant été diluée dix fois, on peut écrire : C = 10 × C = 8,56 · 10−1 mol · L−1. On peut alors

estimer que C se situe dans l’intervalle [C − U(C)

2

; C +

U(C)

2

].

8,22 · 10−1 mol · L−1 <C< 8,90 · 10−1 mol · L−1

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Physique-Chimie / 1ère Spécialité

Partie 3 : Conformité de la solution avec les indications de l’étiquette

3.1. Vérifier que la concentration Cetiquette en quantité de matière du peroxyde d’hydrogène indiquée sur l’étiquette corres-

pond à 0,89 mol·L

−1

.

On sait que le titre est défini par la relation : T = C×Vm

2

. La concentration indiquée par l’étiquette se déduit donc du

titre indiqué Tetiquette = 10 par la relation :

Cetiquette =

2 × Tetiquette

Vm

Cetiquette =

2 × 10

22, 4

= 0,89 mol · L−1

3.2. Les indications de l’étiquette correspondent-elles à la solution commerciale analysée?

La valeur indiquée par l’étiquette, est comprise dans l’intervalle déterminé à la question 2.6 ( bien qu’elle corresponde

à sa valeur supérieure. Il y a donc concordance entre la valeur indiquée et le titrage effectué. On peut considérer que

les indications de l’étiquette sont correctes.

Partie 4 : Efficacité d’une bouteille d’eau oxygénée ouverte depuis plusieurs mois

Une bouteille d’eau oxygénée a été ouverte depuis plusieurs mois. L’eau oxygénée peut réagir avec le dioxygène de l’air et

perdre ainsi toute ou une partie de ses propriétés antiseptiques. On considère que l’eau oxygénée est encore efficace pour

désinfecter les plaies si son titre est au moins égal à 0,5 volume.

Le protocole de titrage est reproduit sans diluer la solution d’eau oxygénée et le volume équivalent obtenu est alors Veq =

4,32 mL.

La solution contenue dans cette bouteille est-elle encore efficace ?

De la même manière qu’à la question 2.5 , on calcule la concentration de la solution titrée :

C =

5 × C0 × Veq

2 × V

C =

5 × 5,00 · 10−2 × 4,32

2 × 20.0

C = 2,70 · 10−2 mol · L−1

Le titre de cette solution vaut alors :

T =

C × V

2

= 0.605

Ce titre est supérieur au seuil d’efficacité. La solution est donc encore efficace

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