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1 Chapitre 5 / TP 1 : Contrôle qualité de l'eau de Dakin par dosage par étalonnage à l'aide d'un spectrophotomètre Objectif : Vous devez vérifier la concentration massique d'un désinfectant, l'eau de Dakin. Vous utiliserez pour cela une méthode de dosage par étalonnage. Préparation du TP : 1- Lire le TP intégralement 2- Faire une fiche : «préparation d'une solution par dilution» : dans cette fiche vous ferrez apparaître les étapes de la manipulation ainsi que les formules permettant de déterminer la concentration de la solution diluée à la partir de la concentration de la solution initiale et des différents volumes. 3- Faire les questions de la partie I. Problématique : Ayant fait des études de chimie, vous souhaitez travailler comme technicien dans une grande entreprise pharmaceutique française. Votre curriculum vitae (CV) intéresse le directeur des ressources humaines (DRH) de cette société qui vous convoque pour un entretien qui aura lieu avec un technicien expérimenté de la société. Il vous précise que cet entretien a pour but de vérifier vos compétences scientifiques. Le technicien vous déclare : «L eau de Dakin est une solution antiseptique utilisée pour le lavage des plaies et des muqueuses. Il s agit d une solution d hypochlorite de sodium dans laquelle on a dissous du permanganate de potassium de manière à obtenir une concentration massique C m en permanganate de potassium égale à 10 mg.l -1. On trouve aussi dans l'eau de Dakin du dihydrogénophosphate de sodium dissous. Parmi toutes ces espèces chimiques, seuls les ions permanganate MnO 4 (aq) sont colorées et donnent à la solution cette teinte violette, assimilable au magenta.» I- Solutions colorées et lumière blanche (10min) Pour étudier une solution colorée on utilise un spectrophotomètre ou colorimètre. Cet appareil permet de mesurer la proportion de lumière absorbée par une solution colorée. Un spectrophotomètre affiche une grandeur sans unité l absorbance et notée A. Avec un spectrophotomètre on peut tracer un spectre d absorption A = f(λ). Le spectre d absorption d une solution est le graphe de l absorbance en fonction de la longueur d onde. L étude du spectre d absorption permet de déterminer la longueur d onde notée λ max pour laquelle l absorbance est maximale. 1) De quelle couleur paraît la solution de permanganate de potassium? Quelle couleur est absorbée par la solution de permanganate de potassium (document 1)? Proposer une explication de la couleur observée. 2) Quelle est, pour une solution de permanganate de potassium, la longueur d onde du maximum d'absorption λ max? Document 1 Pour réaliser des mesures d absorbance, le spectrophotomètre est généralement réglé sur la longueur d onde λ max correspondant au maximum d absorption du spectre d absorption de la lumière étudiée. 3) A votre avis, pourquoi choisit-on de se placer à la longueur d'onde λ max?

2 II- Dosage d une espèce colorée en solution Le technicien vous déclare ensuite : «Vous devez effectuer un contrôle de qualité pour vérifier la concentration massique en permanganate de potassium dissous. On indique que la masse molaire du permanganate de potassium est M = 158,0 g.mol -1. Pour effectuer l étude de cette solution nous mettons à votre disposition un spectrophotomètre réglé à une longueur d onde dans le vide λ max = 540 nm, ce qui correspond à une onde lumineuse monochromatique verte. Nous vous demandons d'étudier avec notre spectrophotomètre la loi de Beer-Lambert qui relie l absorbance à la concentration massique de l espèce colorée». Il met à votre disposition : une solution de permanganate de potassium de concentration en soluté : C 0 = 5, mol.l -1 5 béchers de 100mL une pissette d eau distillée 2 fioles jaugées : un de 50mL, une de 100mL 3 pipettes jaugées : une de 5,0mL, une de 10,0mL et une de 20,0mL Un spectrophotomètre relié au logiciel «Atelier scientifique» Le technicien vous dit alors : «Effectuez six mesures qui vous permettront de tracer l absorbance A en fonction de la concentration molaire C de permanganate de potassium. Puis montrez que les résultats obtenus sont bien en accord avec la loi de Beer-Lambert, c'est-à-dire que l absorbance, A est proportionnelle à la concentration molaire de la solution : A = k x C.» Parmi les six mesures que vous allez réaliser, l'une va être réalisée avec de l eau distillée, l'autre avec la solution de permanganate de potassium de concentration en soluté apporté C 0 = 5, mol.l Proposer un protocole qui permette de préparer les quatre solutions manquantes de concentrations suivantes : C 1 = 0, mol.l -1 ; C 2 = 1, mol.l -1 ; C 3 = 1, mol.l -1 ; C 4 = 2, mol.l -1. Faire vérifier ce protocole par le professeur. Chaque binôme préparera deux des quatre solutions. Entourer les solutions que votre binôme prépare : C 1 = 0, mol.l -1 C 3 = 1, mol.l -1 C 2 = 1, mol.l -1 C 4 = 2, mol.l Réaliser les mesures nécessaire à la courbe d'étalonnage. Consignez les résultats dans un tableau et réaliser le graphique. 3- Les résultats obtenus sont-ils en accord avec la loi de Beer-Lambert? Appeler le professeur pour faire vérifier le graphique. Ayant écouté vos explications et constaté vos résultats expérimentaux, le technicien reprend : «J ai ici une bouteille d eau de Dakin issue d une de nos chaînes de production. En utilisant votre graphe, ditesmoi si la concentration en ion permanganate est correcte? Je tolère une erreur relative de 5,0 %.» Il vous tend alors la bouteille ainsi qu une nouvelle cuve. 4- Expliquer comment procéder. Donner votre conclusion sachant que l erreur relative est donnée par la relation : e= c exp c th c th Bilan Réaliser une fiche «Dosage par étalonnage spectrophotomètrique» dans laquelle vous ferez apparaître les différentes étapes permettant de déterminer la concentration d'une solution colorée.

3 Fiche professeur - Solutions à préparer : (1) C 1 = 0, mol.l -1 La solution est 10 fois moins concentrée que la solution mère, on prélève 5mL et on utilise une fiole de 50mL (2) C 2 = 1, mol.l -1 La solution est 5 fois moins concentrée que la solution mère, on prélève 10mL et on utilise une fiole de 50mL (3) C 3 = 1, mol.l -1 La solution est 10/3 fois moins concentrée que la solution mère, on prélève 15mL (5+10) et on utilise une fiole de 50mL (4) C 4 = 2, mol.l -1 La solution est 10/4 fois moins concentrée que la solution mère, on prélève 20mL et on utilise une fiole de 50mL

4 Fiche méthode pour préparer une solution de concentration donnée par dilution Détermination du volume de solution mère à prélever Pour préparer un volume V 1 (en L) de solution-fille de concentration molaire C 1 (en mol/l), il faut prélever un échantillon de volume V 0 (en L) de solution-mère de concentration molaire C 0 (en mol/l) de C1V 1 valeur : V 0. C0 Matériel à utiliser La verrerie de prélèvement est une pipette jaugée de contenance V0. La verrerie de contenance utilisée est une fiole jaugée de volume V1 et son bouchon. Matériel complémentaire : un système de pipetage (pipeteur ou propipette) ;un bécher pour prélever la solution mère ; un compte-gouttes ou une pipette. Etapes de la préparation de la solution Etape 1 - Verser la solution à prélever dans un bécher. - Rincer la pipette jaugée avec un peu de cette solution. - A l aide de la pipette jaugée et de la propipette, prélever le volume V 0 de solution-mère en alignant le bas du ménisque de la solution sur le trait de jauge. Etape 2 - Introduire le prélèvement dans une fiole jaugée de volume V 1. - Ne pas souffler dans la pipette pour récupérer les dernières gouttes, leurs volumes n est pas comptabilisé dans V 0! Etape 3 - Ajouter de l eau distillée dans la fiole en ne la remplissant qu à moitié. - Boucher la fiole et agiter doucement pour homogénéiser le mélange. Etape 4 - A la pissette, ajouter de l eau distillée jusqu à 1 cm au dessous du trait de jauge. - Compléter au compte-gouttes et ajuster le niveau au trait se jauge en alignant le bas du ménisque sur le trait de jauge. - Boucher et agiter doucement pour homogénéiser : la solution-fille diluée est prête.

5 Fiche pratique pour utiliser le spectrophotomètre Schéma de principe La lumière blanche émise par une source (S) arrive sur un monochromateur (M) qui réalise un faisceau monochromatique de longueur d onde λ réglable. Le faisceau monochromatique traverse une cuve (C) contenant la solution colorée à étudier. Un photocapteur (P) mesure l intensité du faisceau transmis et la convertit en signal électrique. Après traitement de ce signal par un analyseur (A), le spectrophotomètre affiche la valeur de l absorbance. Un rayon incident arrivant sur une cuve de spectrophotomètre subit plusieurs phénomènes optiques : réflexion, diffusion et absorption par les parois de la cuve, par le solvant et les solutés. Afin de déterminer l absorbance de l espèce colorée, il est nécessaire de réaliser dans un premier temps un «blanc», c'est-à-dire de relever l intensité de la lumière traversant la cuve de mesure contenant le solvant (sans l espèce chimique dont on souhaite mesurer par la suite l absorbance). Mise en place des cuves - Remplir une cuve de la solution à étudier ; remplir une cuve identique avec le solvant (généralement c est de l eau) de la solution à étudier : c est la cuve de «blanc». - Ne pas toucher avec les doigts les faces d entrée et de sortie du faisceau lumineux qui doivent être parfaitement propres. - Les cuves doivent être introduites de manière à ce que les faces propres soient perpendiculaires au faisceau lumineux. Spectrophotomètre non interfacé avec l ordinateur - Régler la longueur d onde de mesure. - Introduire la cuve de «blanc». Appuyer sur le bouton «zéro d absorbance». - Introduire la cuve de la solution à étudier. Relever l absorbance affiché. On lit l absorbance de l espèce colorée. - Pour tracer un spectre, faire de nouveau les trois étapes précédentes pour chacune des longueurs d onde étudiées.

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