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Frédéric Elie on

ResearchGate

Décomposition du permanganate de potassium

par l'eau oxygénée

Frédéric Élie

5 juin 2011

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supérieures, est INTERDITE. Seuls sont autorisés les extraits, pour exemple ou illustration, à la seule condition de mentionner

clairement l'auteur et la référence de l'article. " Si vous de dites rien à votre brouillon, votre brouillon ne vous dira rien ! » Jacques Breuneval, mathématicien, professeur à l'université Aix-Marseille I, 1980

Abstract : Cette expérience très facile à réaliser montre une réaction du permanganate de potassium

avec l'eau oxygénée, qui est un exemple d'autocatalyse...

SOMMAIRE

1 - Matériel, protocole

2 - Observation

3 - Explication qualitative

4 - Analyse quantitative

1 - Matériel, protocole

Réalisons le montage figurant dans les photos suivantes: une solution de permanganate de

potassium KMnO4 s'écoule par un léger goutte à goutte sur une solution d'eau oxygénée H2O2.

Ce montage est disposé sur un appareil d'agitateur magnétique pour obtenir une solution bien homogène.

2 - Observation

Les premières gouttes de permanganate de potassium colorent la solution d'une couleur violette persistante.

L'addition progressive de gouttes de KMnO4 conduit à une décoloration régulière de la solution,

jusqu'à obtenir une solution aussi transparente que l'eau.

3 - Explication qualitative

La réaction entre l'eau oxygénée et le permanganate de potassium libère des ions manganèse

Mn2+ qui entretiennent à leur tour la réaction: il y a autocatalyse. Plus ils sont nombreux plus la

solution se décolore parce que la concentration de permanganate de potassium diminue. En effet lorsque les ions permanganate MnO4- , issus du permanganate de potassium, sont en excès, la solution est violette, et quand les ions Mn2+ sont en excès, la solution devient ©Frédéric Élie - http://fred.elie.free.fr, 5 juin 2011page 1/4 transparente. Décoloration progressive du permanganate de potassium par formation d'ions Mn2+ lors de la réaction avec l'eau oxygénée

4 - Analyse quantitative

Le permanganate de potassium fournit les ions MnO4- qui sont oxydants. L'eau oxygénée, ou peroxyde d'hydrogène H2O2 est réducteur, autrement dit ses molécules peuvent céder des

électrons à l'oxydant (voir article " eau céleste et oxydoréduction »), selon les réactions

partielles:

MnO4- + 8H+ + 5e- = Mn2+ + 4H2O

H2O2 = O2 + 2H+ + 2e-

réaction totale: 2Mn04- + 5H2O2 + 6H+ = 2Mn2+ + 5O2 + 8H2O (1) Les réactions mettent en jeu 3 couples rédox: ©Frédéric Élie - http://fred.elie.free.fr, 5 juin 2011page 2/4

MnO4- (réducteur)/Mn2+ (oxydant): les ions Mn2+ correspondent à une solution incolore, les ions

permanganate MnO4- à une solution violette.

H2O (réducteur)/H2O2 (oxydant)

H2O2 (réducteur)/O2 (oxydant)

Considérons la réaction totale (1) et examinons ses taux d'avancement x. A température ambiante (25°C) sa cinétique est rapide.

Le tableau d'avancement de la réaction est donné ci-après (les réactifs en vert, les produits en

jaune): phase2MnO4-5H2O26H+2Mn2+5O28H2O

Nombre de

moles initialnn'00

Nombre de

moles intermédiair esn - 2xn' - 5x2x5x

Nombre de

moles finaln - 2xMAXn' - 5xMAX2xMAX5xMAX A l'équivalence (E) les ions MnO4- et l'eau oxygénée H2O2 ont totalement disparu: on a donc xMAX = xE tel que n' - 5xE = 0 n - 2xE = 0 ce qui donne: xE=n'

52

et, éliminant xE entre les deux égalités ci-dessus, la condition entre les nombres de moles des

réactifs pour obtenir l'équivalence:n=2

5n'3Lorsque les ions MnO4- ont totalement disparu, donc à l'équivalence (donc si la condition (3) est

vérifiée), les ions Mn2+ sont en excès et la solution vire à la décoloration. Comment la condition de l'équivalence (3) se traduit-elle en termes de concentrations et non pas de moles, les concentrations étant plus manipulables en chimie? La relation entre le nombre de moles et la concentration C est:

C = n/V

où V est le volume de la substance. Pour les deux réactifs de la réaction (1) on a donc aux conditions initiales: n = CV n' = C'V' ©Frédéric Élie - http://fred.elie.free.fr, 5 juin 2011page 3/4 La condition d'équivalence (3) donne alors: CE V = (2/5)C'E V' soit:C'E=5 2CE V

V'4Dans les conditions de notre expérience, calculons la concentration d'eau oxygénée initiale qu'il

faut pour obtenir un état final correspondant à l'équivalence, lorsque l'on connaît celle du

permanganate de potassium:

Volume initial d'eau oxygénée V' = 20 mL,

volume initial de permanganate de potassium V = 15 mL alors (4) donne:

C' = (5/2)(15/20)C = 1,875 C

Pour obtenir l'équivalence, et donc une disparition complète des ions permanganate (et donc

une décoloration parfaite de la solution) il faut une concentration d'eau oxygénée 1,875 fois plus

élevée que celle du permanganate de potassium. La relation (4) montre que si le volume d'eau oxygénée est faible devant celui du permanganate de potassium (V/V' >> 1), l'équivalence est atteinte pour des concentrations d'eau oxygénée nettement plus importantes que celle du permanganate de potassium. ©Frédéric Élie - http://fred.elie.free.fr, 5 juin 2011page 4/4quotesdbs_dbs29.pdfusesText_35