TP 1 : CHIMIE
On souhaite doser par conductimétrie de l'ammoniaque avec de l'acide ... La
conductivité molaire ionique des ions oxonium est beaucoup plus élevée que
celle ...
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ace dans un second bécher un volume V2 = 50,0 mL dune solution S2 de sulfate de fer II de concentration c2 = 0,20 mol.L-1.
En versant le contenu du premier bécher dans le second, on obtient une solution S.
Le mélange des deux solutions a une coloration verte (couleur liée à la présence des ions chrome III).
2nde étape : On titre les ions fer II qui nont pas réagit avec les ions dichromate avec une solution titrante de permanganate de potassium acidifié. Il sagit dun titrage colorimétrique.
On constate que lorsquon a versé un volume V3 = 40,0 mL de solution de permanganate de potassium acidifié de concentration c3 = 0,020 mol.L-1 dans le bécher contenant la solution S, la teinte de la solution se colore en mauve (mélange de vert et de rose).
1 . Ecrire léquation de la réaction entre les ions dichromate et les ions fer II.
Cest une réaction doxydoréduction qui met en uvre les deux couples oxydant / réducteur suivants :
Cr2O72-(aq) / Cr3+(aq) : Cr2O72-(aq) + 14 H+(aq) + 6 e = 2 Cr3+(aq) + 7 H2O (l)
Fe3+(aq) / Fe2+(aq) : Fe3+(aq) + 1 e = Fe2+(aq)
Equation de la réaction :
Cr2O72-(aq) + 14 H+(aq) + 6 Fe2+(aq) ( 2 Cr3+(aq) + 6 Fe3+(aq) + 7 H2O (1)
La solution S1 est jaune orangée. La solution S2 est presque incolore. Lapparition dune couleur verte (liée à la présence dions chrome III) montre que tous les ions dichromate ont été consommés.
Dans la solution S, il y a donc les ions fer II en excès qui nont pas pu réagir, faute dions dichromate.
2 . Ecrire léquation du titrage des ions fer II en excès par les ions permanganate.
Cest une réaction doxydoréduction qui met en uvre les deux couples oxydant / réducteur suivants :
MnO4-(aq) / Mn2+(aq) : MnO4-(aq) + 8 H+(aq) + 5 e = Mn2+(aq) + 4 H2O (l)
Fe3+(aq) / Fe2+(aq) : Fe3+(aq) + 1 e = Fe2+(aq)
Equation de la réaction :
MnO4-(aq) + 8 H+(aq) + 5 Fe2+(aq) ( Mn2+(aq) + 5 Fe3+(aq) + 4 H2O
3 . Quelle relation peut-on écrire à léquivalence ?
A léquivalence, les réactifs sont dans les proportions stoechiométriques :
n(MnO4-)versé à léquivalence = n(Fe2+)excès / 5
n(Fe2+)excès = 5. n(MnO4-)versé à léquivalence = 5.c3.V3E
4 . Calculer la quantité de matière dions fer II consommés lors de la première réaction.
n(Fe2+)consommés = n(Fe2+)initiale - n(Fe2+)excès = c2.V2 - 5.c3.V3E
5 . En déduire la quantité de matière dions dichromate consommés lors de la première réaction.
Cr2O72-(aq) + 14 H+(aq) + 6 Fe2+(aq) ( 2 Cr3+(aq) + 6 Fe3+(aq) + 7 H2O
On constate que lors de cette réaction (1), les ions fer II sont consommés 6 fois plus vite que les ions dichromate. Pour consommer la totalité des ions dichromate, il a fallu faire réagir 6 fois plus dions fer II.
n(Cr2O72-)consommés = n(Fe2+)consommés / 6
Conclusion : n(Cr2O72-)consommés = (c2.V2 - 5.c3.V3E ) / 6
6 . En déduire la concentration des ions dichromate dans la solution S1.
La solution S1 contenait n(Cr2O72-) = (c2.V2 - 5.c3.V3E ) / 6 ions dichromate dans un volume V1 = 20,0 mL de solvant.
Conclusion : (Cr2O72-( = n(Cr2O72-) / V1 = (c2.V2 - 5.c3.V3E ) / 6.V1
A.N : (Cr2O72-( = (0,20.50,0 5.0,020.40,0) / 6.20,0 = (10 4,0) / 120,0
(Cr2O72-( = 0,050 mol.L-1
Exercice 2 - dosage dune solution dammoniaque
On souhaite doser par conductimétrie de lammoniaque avec de lacide chlorhydrique de concentration 0,50 mol.L-1.
On prélève 20 mL dacide chlorhydrique que lon verse dans un bécher. On ajoute 50 mL deau distillée, puis on verse à laide dune burette, lammoniaque.
On mesure alors la conductance du mélange obtenu. Les résultats des mesures sont donnés dans le tableau ci-dessous :
Vb
(mL)
024
6
8
10
12
13
13,5
14
15
17
19
21
G
(mS)
8,78,17,66,55,44,23,32,92,82,82,93,03,03,1
Questions
Dessiner et nommer tout le matériel nécessaire pour effectuer le dosage
Quelle est la solution titrante, titrée ?
Tracer la courbe G = f (Vb)
Interpréter lallure de la courbe. Quel est lobservable ?
Pourquoi a-t-on dilué la solution dacide chlorhydrique ?
Calculer la concentration molaire de la solution dammoniaque
a)
c)
EMBED Excel.Sheet.8
c) Lorsquon verse lammoniaque dans lacide chlorhydrique, on observe une réaction acido-basique mettant en jeu les deux couples :
H3O+ / H2O et NH4+ / NH3
Les ions oxonium de lacide chlorhydrique réagissent avec la molécule dammoniac présente dans la solution dammoniaque.
H3O+ + NH3 ( NH4+ + H2O
( Première partie du titrage : 0 < Vb < 12 mL
Plus on verse dammoniaque, plus la conductance diminue (décroissance linéaire)
Daprès léquation du titrage, on voit que lorsquon verse lammoniaque, les ions oxonium sont consommés alors que les ions ammonium sont formés. La conductivité molaire ionique des ions oxonium est beaucoup plus élevée que celle des ions ammonium. On comprend donc que la conductance de la solution diminue.
( Seconde partie du titrage : Vb > 12 mL
A léquivalence, on a versé autant de mole dammoniac quil y avait de mole dions oxonium dans le bécher au départ. Tous les ions oxonium ont été consommés. On a formé autant dions ammonium quil y avait dions oxonium au départ. Si on continue de verser de lammoniac, cela naura pas deffet sur la valeur de la conductance de la solution (il sagit dune molécule). On comprend donc que la conductance de la solution reste presque constante.
d) Lajout deau distillée à lacide chlorhydrique permet une meilleure immersion de lélectrode du conductimètre.
e) A léquivalence, on peut écrire : no(H3O+) = nE(NH3)
soit : CA.VA = CB.VBE
CB = CA.VA / VBE
Avec : VA = 20 mL (volume de la prise dessai) / CA = 0,50 mol.L-1
Le volume dammoniaque versé à léquivalence VBE est déterminé graphiquement.
AN : CB = 0,50 . 20 / 13,5 = 7,4.10-1 mol.L-1
Exercice 3 dosage de lacide acétique dans du vinaigre (voir ex 16 p 110 - Nathan)
1 . Quelle est la base conjuguée de lacide acétique
CH3-COOH / CH3-COO-(aq) : demi-équation associée : CH3-COOH = CH3-COO-(aq) + H+
2 . Ecrire léquation de la réaction de lacide acétique avec leau.
Cest une réaction acido-basique qui met en uvre les couples suivants :
CH3-COOH / CH3-COO-(aq) : CH3-COOH = CH3-COO-(aq) + H+
H3O+ / H2O : H3O+ = H2O + H+
Equation de la réaction : CH3-COOH + H2O ( CH3-COO-(aq) + H3O+
Lacide acétique est un acide « faible ». On voit en terminale que la réaction ci-dessous concerne un très faible pourcentage des molécules dacide acétique. Cet acide réagit en fait très peu avec leau.
Dans la suite du problème, on supposera que lorsquon place de lacide acétique dans leau, cette molécule ne réagit pas avec leau. Une solution aqueuse dacide acétique sera considérée comme des molécules dacide acétique CH3-COOH nageant dans le solvant H2O.
( On prélève à laide dune pipette jaugée, 10 mL de vinaigre que lon verse dans une fiole jaugée de 100 mL. On complète avec de leau distillée jusquau trait de jauge et on homogénéise. Soit S la solution obtenue.
On appelle c la concentration en acide acétique du vinaigre et cS la concentration en acide acétique du vinaigre dilué (solution S).
3 . Quelle relation y a-t-il entre c et cS ?
Soit F le facteur de dilution. On a : F = c / cS = Vfiole / Vpipette
c / cS = 100 / 10 = 10
( On réalise le titrage conductimétrique dun volume VS = 10 mL de solution S par une solution titrante dhydroxyde de sodium de concentration cb = 0,10 mol.L-1.
Le graphique ci-dessous indique la variation de la conductance de la solution présente dans le bécher lorsquon ajoute graduellement la soude à laide de la burette :
4 . Ecrire léquation de la réaction de titrage.
Il sagit dune réaction acido-basique qui met en uvre les deux couples suivants :
CH3-COOH(aq) / CH3-COO-(aq) et H2O(l) / HO-(aq)
Léquation de la réaction est : CH3-COOH(aq) + HO-(aq) ( CH3-COO-(aq) + H2O(l)
5 . Définir léquivalence et écrire la relation entre les quantités de matière des réactifs à ce moment précis. En déduire cS.
A léquivalence, les réactifs sont dans les proportions stoechiométriques. On a :
n (CH3-COOH)0 = n (HO-)versé à léquivalence
cb . VbE = cS . VS
doù : cS = cb .( VbE / VS) = 0,10 . (13,5 / 10) = 0,14 mol.L-1
6 . Interpréter lévolution de la conductance de la solution présente dans le bécher au cours du titrage.
Avant léquivalence : Le réactif en excès est lacide acétique. Les ions hydroxyde versés sont immédiatement et totalement consommés. La réaction de titrage produit des ions éthanoate, ce qui explique que la conductance augmente régulièrement.
A léquivalence, les réactifs sont dans le proportions stoechiométriques. Tout lacide acétique est consommé.
Après léquivalence, les ions hydroxyde versés ne sont plus consommés. La conductance augmente rapidement car les ions hydroxyde ont une forte conductivité molaire ionique.
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