II. Dosage par étalonnage en utilisant la spectrophotométrie : ( cf : TP 1 : Contrôle de qualité par spectrophotométrie).

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1 Chapitre 4 : Dosage par étalonnage, contrôle de qualité Dans le domaine de la santé, de l environnement ou de l agroalimentaire, le contrôle de la qualité des produits est effectué par des chimistes qui déterminent les concentrations des différentes espèces chimiques par dosage.réaliser un dosage, c est déterminer, avec la plus grande précision possible, la concentration d une espèce chimique dissoute en solution. On distingue les dosages issus de méthodes comparatives (dosages par étalonnage) des dosages mettant en jeu une réaction chimique (dosages par titrage). Intéressons nous tout d'abord aux dosages par étalonnage. I- Principe Les dosages par étalonnage sont des méthodes de comparaison : - une solution dont une espèce chimique doit être dosée est comparée à des solutions contenant la même espèce chimique, mais de concentrations connues. Ces dernières sont appelées solutions étalons ; elles sont préparées par dilution. - La comparaison porte sur une propriété physique caractéristique de l espèce chimique à doser : - sa couleur, son absorbance, sa conductivité, etc... Application : Dosage d'une solution de bleu de méthylène par comparaison de couleur Comment préparer une série de solutions étalons de bleu de méthylène? On dispose pour cela de la verrerie habituelle de chimie et de bleu de méthylène solide (formule brute : C 16 H 18 ClN 3 S ) 1) On souhaite dans un premier temps préparer 100 ml d'une solution mère S 0 de concentration molaire C 0 = 3, mol.l -1. Indiquer le protocole à suivre. 2) Pour préparer une série de solutions étalons de concentration molaire inférieure à C 0, on procède à des dilutions. Indiquer le protocole à suivre pour préparer une solution de 100 ml de concentration C = 6, mol.l -1. 3) Voici l'échelle de teinte que l'on a obtenu en préparant une série de solutions de concentrations connues. Comment procéder pour déterminer approximativement la concentration d'une solution inconnue? Pour augmenter la précision de la détermination de la concentration, on doit s'appuyer sur des mesures quantitatives. Nous allons étudier deux méthodes de dosage par étalonnage. II. Dosage par étalonnage en utilisant la spectrophotométrie : ( cf : TP 1 : Contrôle de qualité par spectrophotométrie). Selon la loi de Bert-Lambert, l absorbance A d une solution, à une longueur d onde donnée, est proportionnelle à la concentration du soluté coloré. La représentation graphique de l absorbance en fonction de la concentration de l espèce chimique colorée est donc une droite passant par l origine. 1) Rappeler la loi de Beer-Lambert en précisant la signification de chaque terme. Doc II-a : Spectre d'absorbance d'une solution de chlorure de nickel.

2 2) Indiquer le protocole à suivre pour doser une solution S de chlorure de nickel (NiCl 2 ) de concentration inconnue. Préciser les réglages du spectrophotomètre. 3) Résultat : en mesurant l'absorbance de la solution de concentration inconnue, on trouve A = 0,25 a) En déduire graphiquement la concentration molaire de la solution S. b) Calculer sa concentration massique. III- Dosage par étalonnage utilisant la conductimétrie (Cf TP 2) Doc II-b : Absorbance de solution de chlorure de nickel en fonction de la concentration Les solutions d espèces chimiques possèdent une résistance électrique qui dépend de leur concentration. Cette propriété est à la base d une technique appelée conductimétrie, que nous n utiliserons ici que pour des solutions diluées (concentrations inférieures à 10 2 mol.l 1 ). Pour des questions pratiques, il est plus facile de mesurer la conductance G (c'est à dire la capacité à conduire) d'une solution plutôt que sa résistance R. G= 1 R Unité : - Résistance R en - Conductance G en Pour comparer les valeurs obtenues lors de manipulations avec des valeurs tabulées, il est nécessaire que cette mesure soit indépendante de la cellule conductimétrique utilisée. On défini donc une grandeur nommée conductivité σ tel que : σ= G ( S L ) Unité : - conductivité : Doc III-a : Cellule conductimétrique Cette grandeur est donc universelle et ne dépend que de la solution aqueuse étudiée. 1) En solution aqueuse, quel type d'espèces chimiques conduit l'électricité? 2) Par analogie à la loi de Beer-Lambert, proposer une loi mathématique reliant la conductivité d'une solution diluée à la concentration. Cette loi est la loi de Kohlraush. 3) En théorie, quelle devrait-être la conductivité de l'eau? Pourquoi n'est ce pas le cas? Doc III-b : Conductance de solution de Chlorure de fer (III) en fonction de la concentration 4) A l'aide de solutions de chlorures de fer étalons, on a pu tracer la courbe G = f(c) ci-contre. On souhaite déterminer la concentration d'une solution inconnue en chlorure de fer. On mesure donc la conductance de la solution et on trouve G = 0,6 ms. Déterminer la concentration molaire puis massique de la solution.

3 CORRECTION Chapitre 5 : Dosage par étalonnage, contrôle de qualité Dans le domaine de la santé, de l environnement ou de l agroalimentaire, le contrôle de la qualité des produits est effectué par des chimistes qui déterminent les concentrations des différentes espèces chimiques par dosage. Réaliser un dosage, c est déterminer, avec la plus grande précision possible, la concentration d une espèce chimique dissoute en solution. On distingue les dosages issus de méthodes comparatives (dosages par étalonnage) des dosages mettant en jeu une réaction chimique (dosages par titrage). Intéressons nous tout d'abord aux dosages par étalonnage. I- Principe Les dosages par étalonnage sont des méthodes de comparaison : - une solution dont une espèce chimique doit être dosée est comparée à des solutions contenant la même espèce chimique, mais de concentrations connues. Ces dernières sont appelées solutions étalons ; elles sont préparées par dilution. - La comparaison porte sur une propriété physique caractéristique de l espèce chimique à doser : sa couleur, son absorbance, sa conductivité, etc... Application : Dosage d'une solution de bleu de méthylène par comparaison de couleur Comment préparer une série de solutions étalons de bleu de méthylène? On dispose pour cela de la verrerie habituelle de chimie et de bleu de méthylène solide (formule brute : C 16 H 18 ClN 3 S ) 1) On souhaite dans un premier temps préparer 100 ml d'une solution mère S 0 de concentration molaire C 0 = 3, mol.l -1. Indiquer le protocole à suivre. 2) Pour préparer une série de solutions étalons de concentration molaire inférieure à C 0, on procède à des dilutions. Indiquer le protocole à suivre pour préparer une solution de 100 ml de concentration C = 6, mol.l -1. 3) Voici l'échelle de teinte que l'on a obtenu en préparant une série de solutions de concentrations connues. Comment procéder pour déterminer approximativement la concentration d'une solution inconnue? 1- Préparation d'une solution par dissolution d'un solide : Il faut déterminer la quantité de bleu de méthylène à introduire : n=c o V =3, ,100=3, mol on en déduit la masse à introduire : M =16 M (C)+ 18M (H )+ M (Cl)+ 3M( N )+ M (S) M =16 12, ,0+ 35, ,0+ 32,1=319,6 g.mol 1 m=n M =3, ,6=9, g Protocole : On pèse dans une coupelle 9, g de bleu de méthylène, que l 'on introduit dans une fiole jaugée de 100mL. On ajoute de l'eau distillée jusqu'au 2/3 de la fiole environ. On agite pour dissoudre le solide. On complète jusqu'au trait de jauge avec de l'eau distillée (bas du ménisque/arrondi sur le trait). 2- Préparation d'une solution par dilution : solution mère : c 0 =3, mol/l solution fille : C=6, mol/l, V fille =0,100mL

4 Quel volume de solution mère faut-il prélevé pour préparer la solution fille? V preleve = C V fille = 6, ,100 =0,0200 L=20,0 ml c 0 3, Protocole : A l'aide d'une pipette jaugée de 20,0mL on prélève 20mL de la solution mère qu'on introduit dans une fiole jaugée de 100mL. On ajoute de l'eau distillée jusqu'au 2/3, on agite. On complète avec de l'eau distillée jusqu'au trait de jauge. 3- Pour déterminer un encadrement de la concentration on place la solution à doser dans un tube à essai, et on regarde sur l'échelle de teinte entre quels tubes cette solution se place. Pour augmenter la précision de la détermination de la concentration, on doit s'appuyer sur des mesures quantitatives. Nous allons étudier deux méthodes de dosage par étalonnage. II. Dosage par étalonnage en utilisant la spectrophotométrie : ( cf : TP : Contrôle de qualité par spectrophotométrie). Selon la loi de Bert-Lambert, l absorbance A d une solution, à une longueur d onde donnée, est proportionnelle à la concentration du soluté coloré. La représentation graphique de l absorbance en fonction de la concentration de l espèce chimique colorée est donc une droite passant par l origine. Doc II-a : Spectre d'absorbance d'une solution de chlorure de nickel. 1) Rappeler la loi de Beer-Lambert en précisant la signification de chaque terme. Loi de Beer Lambert : A = ε(λ)lc l : longueur du trajet optique dans la solution traversée (taille de la cuve) en cm c : concentration molaire de la solution en mol.l -1 ε(λ) : coefficient d'extinction molaire. Ce coefficient dépend de la longueur d'onde qui traverse la solution. Unité : L.cm -1.mol -1 2) Indiquer le protocole à suivre pour doser une solution S de chlorure de nickel (NiCl 2 ) de concentration inconnue. Préciser les réglages du spectrophotomètre. On prépare une gamme de solution étalon de concentration comprise entre 0mol/L et 0,01mol/L (par dilution d'une solution à 0,01mol/L. ) On règle le spectro sur 720nm ce qui correspond au maximum d'absorption dans le visible. On mesure l'absorbance des solutions étalons, on trace le graphe A=f(c). Pour finir on mesure l'absorbance de la solution à doser et avec le graphe on trouve la concentration. 3) Résultat : en mesurant l'absorbance de la solution de concentration inconnue, on trouve A = 0,25 a) En déduire graphiquement la concentration molaire de la solution S. d'après le graphe : c=0,05mol/l Doc II-b : Absorbance de solution de chlorure de nickel en fonction de la concentration b) Calculer sa concentration massique. c m =c M =0,05 (35, ,7)=6,5 g.l 1

5 III- Dosage par étalonnage utilisant la conductimétrie (Cf TP 1) Les solutions d espèces chimiques possèdent une résistance électrique qui dépend de leur concentration. Cette propriété est à la base d une technique appelée conductimétrie, que nous n utiliserons ici que pour des solutions diluées (concentrations inférieures à 10 2 mol.l 1 ). Pour des questions pratiques, il est plus facile de mesurer la conductance G (c'est à dire la capacité à conduire) d'une solution plutôt que sa résistance R. G= 1 R Unité : - Résistance R en - Conductance G en Pour comparer les valeurs obtenues lors de manipulations avec des valeurs tabulées, il est nécessaire que cette mesure soit indépendante de la cellule conductimétrique utilisée. On défini donc une grandeur nommée conductivité σ tel que : σ= G ( S L ) Unité : - conductivité : Doc III-a : Cellule conductimétrique Cette grandeur est donc universelle et ne dépend que de la solution aqueuse étudiée. 1) En solution aqueuse, quel type d'espèces chimiques conduit l'électricité? les ions 2) Par analogie à la loi de Beer-Lambert, proposer une loi mathématique reliant la conductivité d'une solution diluée à la concentration. Cette loi est la loi de Kohlraush. La conductivité est proportionnelle à la concentration : σ = k.c σ en S.m-1 (siemens par mètre), c en mol.l -1 et k en S.L.m -1.mol -1 Doc III-b : Conductance de 3) En théorie, quelle devrait-être la conductivité de l'eau? solution de Chlorure de fer (III) Pourquoi n'est ce pas le cas? en fonction de la concentration Elle devrait être nulle si il n'y a pas d'ions, mais en réalité elle n'est pas nulle. Cela est du au phénomène d'autoprotolyse de l'eau : échange spontané de protons entre les molécules d'eau ce qui entraîne la formation des ions HO - et H 3 O +. 4) A l'aide de solutions de chlorures de fer étalons, on a pu tracer la courbe G = f(c) ci-contre. On souhaite déterminer la concentration d'une solution inconnue en chlorure de fer. On mesure donc la conductance de la solution et on trouve G = 0,6 ms. Déterminer la concentration molaire puis massique de la solution. D'après le graphe, la concentration molaire est de 2, mol/l. Chlorure de fer (III) : FeCl 3 M=35,5x3+55,8=162,3 c m =cxm=2,5.10-3x162,3=0,41g.l -1