Purification de l’Eau par Oxydation-Réduction

1. Quantité de dioxyde de manganèse (MnO₂) nécessaire

Analyse :

- Rôle du catalyseur : Dans cette réaction, le MnO₂ est utilisé pour augmenter la vitesse de réaction et n’est pas consommé pendant le processus.
- Utilisation en excès : Dans la pratique, on peut utiliser une quantité faible (souvent en excès par rapport aux autres réactifs pour garantir l’efficacité) mais celle-ci n’intervient pas dans le bilan stœchiométrique de la réaction.

Conclusion :

Il n’est pas nécessaire de calculer une quantité stœchiométrique précise de MnO₂, car celui-ci est récupéré à la fin de la réaction. On précise simplement qu’il est utilisé en excès pour s’assurer que la réaction se déroule efficacement, mais sa quantité n’affecte pas le bilan des réactifs et des produits.

2. Quantité de produits formés

2.1. Formation des ions ferriques (Fe³⁺)

Étape de réflexion :
- La réaction nous indique que 4 moles de Fe²⁺ donnent 4 moles de Fe³⁺.
- Rapport molaire : 1 mole de Fe²⁺ → 1 mole de Fe³⁺.

Calcul avec la donnée :
- Quantité initiale de Fe²⁺ = 0,025 mole
- Dès lors, la quantité de Fe³⁺ formée sera également égale à 0,025 mole.

2.2 Formation des ions hydroxyde (OH⁻)

Étape de réflexion :
- Le bilan stœchiométrique de la réaction indique que 4 moles de Fe²⁺ donnent 4 moles de OH⁻.
- Rapport molaire : 1 mole de Fe²⁺ → 1 mole de OH⁻.

Calcul avec la donnée :
Pour 0,025 mole de Fe²⁺ oxydées, la quantité d’ions OH⁻ formée est :
\[ 0,025\ \text{mole Fe}^{2+} \times \frac{1\ \text{mole }OH^{-}}{1\ \text{mole }Fe^{2+}} = 0,025\ \text{mole }OH^{-} \]

Récapitulatif des résultats

1. Quantité de dioxyde de manganèse (MnO₂) nécessaire :
- En tant que catalyseur, le MnO₂ n’est pas consommé. On l’utilise en excès pour assurer le bon déroulement de la réaction.
- Conclusion : Aucun calcul stœchiométrique n’est requis pour le MnO₂.

2. Quantité de produits formés :
- Ions ferriques (Fe³⁺) :
\[ 0,025\ \text{mole de Fe}^{2+} \rightarrow 0,025\ \text{mole de Fe}^{3+} \]
- Ions hydroxyde (OH⁻) :
\[ 0,025\ \text{mole de Fe}^{2+} \rightarrow 0,025\ \text{mole de OH}^{-} \]

Explications Complémentaires

- La donnée de volume (500 mL) :
Bien que le volume soit utile pour calculer la concentration des ions dans l’eau (puisque la concentration \( C \) en mol/L se calcule par \( C = \frac{\text{nombre de moles}}{\text{volume en L}} \)), elle n’est pas nécessaire pour le bilan stœchiométrique qui ne dépend que du nombre de moles impliquées dans la réaction.

- Substitution des valeurs numériques :
Chaque étape du calcul repose sur les rapports molaires donnés par l’équation de la réaction. Ainsi, la simplicité du rapport de 1:1 pour les ions convertis assure que la quantité de produits formés est identique à la quantité de réactif consommé (Fe²⁺).