DS Spécialité Physique / Chimie

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1 DS Spécialité Physique / Chimie Exercice 1 : Le Cuivre, La vigne et le vin I. Sur l'étiquette d'un produit fongicide utilisé pour le traitement de la vigne, on lit: «contient 20% en masse de cuivre (II)». Pour vérifier cette indication, on utilise le protocole suivant: dissoudre 1,3 g de produit commercial dans une fiole jaugée de 50,0 ml, la solution obtenue est notée S. introduitr 20,0 ml de S dans un erlenmeyer et 25 ml de solution d'iodure de potassium à 0,10 mol/l, un précipité d'iodure de cuivre (I) apparaît, agiter; la solution, notée S 1, prend une teinte «café au lait»; doser le mélange obtenu avec une solution de thiosulfate de sodium à 0,10 mol/l; lorsque la teinte de la solution S 1 s'atténue, ajouter quelques gouttes d'empois d'amidon et terminer le dosage jusqu'à obtenir un mélange blanc. ➊ Ecrire l'équation-bilan de la réaction entre l'ion Cu 2+ et les ions I -. Couples Cu 2+ (aq) / Cu (s) et I 2(aq) / I - (aq) ➋ La solution de thiosulfate de sodium permet de doser le diiode formé lors de la réaction précédente. Ecrire l'équation de ce dosage Couples oxydant/réducteur: S 4 O 6 (aq) / S 2 O 3 (aq) et I 2(aq) / I - (aq) Expliquer l'intérêt de l'ajout de l'empois d'amidon. ➌ L'iodure de potassium a été introduit en excès. Le volume de thiosulfate de sodium nécessaire pour atteindre l'équivalence vaut 16,2 ml. Quelle relation peut-on écrire à 2- l'équivalence entre la quantité d'ions S 2 O 3 (aq) versés et la quantité d'ions Cu 2+ (aq) présents dans 20,0 ml de solution S? ➍ Calculer la masse en ions cuivre (II) contenu dans 1,3 g de produit commercial, puis le pourcentage massique en ions cuivre (II). Comparer avec l'indication du fabricant. II. Les traitements à base de «cuivre» de la vigne expliquent en partie la présence de cet élément dans le vin. Si la concentration massqiue globale en élément cuivre sous forme d'ions cuivre (I) et (II) est supérieure à 0,8 mg/l, un trouble, appelé casse cuivreuse, peut apparaître quelques semaines après la mise en bouteille du vin. A. Méthode de dosage de l'élément cuivre. Une solution étalon contient des ions cuivre (II). Ils sont réduits en ions cuivre (I) par l'ion hydroxylamonium NH 3 OH + (aq). En présence de 2,2-bisquinoleïne et en milieu basique, l'ion cuivre (I) donne un complexe coloré mauve. Celui-ci est extrait du milieu réactionnel avec de l'alcool amylique (pentan- 1-ol). L'absorbance de la solution colorée est mesurée pour différentes concentrations en élément cuivre. A partir de la courbe d'étalonnage on peut ainsi déterminer la concentration en élément cuivre dans une vin.

2 ➊ ➋ Ecrire la demi-équation de réduction de l'ion cuivre (II). Justifier l'utilisation de l'acétate de sodium pour obtenir une solution basique. B. Préparation de l'échelle de teintes ➊ A partir d'une solution S 0 de concentration massique t 0 = 50,0 mg/l en ion cuivre (II), on prépare, dans 6 fioles jaugées de 100,0 ml, les solutions Si en introduisant le volume indiqué de solution S 0 et en complétant avec de l'eau distillée jusqu'au trait de jauge. S i Volume S 0 (ml) t i 0,4 1,0 1,6 2,4 3,2 4,0 Compléter la dernière ligne du tableau en indiquant les concentrations massqiues t i des solutions S i. ➋ Dans six tubes à essai T 1 à T 6, on introduit 5,0 ml de la solution Si correspondante, 0,50 g de chlorhydrate d'hydroxylamine, 0,50g d'acétate de sodium et 5,0 ml de solution de 2,2-bisquinoleïne dans l'alcool amylique. Après agitation puis décantation, deux phases apparaissent. La phase supérieure contient la solution de complexe coloré. Comment évolue la teinte de la phase supérieure du tube T 1 au tube T 6? C. Courbe d'étalonnage Après prélèvement de la phase supérieure, on mesure son absorbance en utilsant une radiation de longueur d'onde λ = 586 nm. On obtient les résultats suivants: T i A i 0,05 0,13 0,20 0,31 0,39 0,50 Tracer la courbe A i = f(t i ). Quelle loi est ainsi mise en évidence? D. Dosage spectrophotométrique Dans un tube à essais, on introduit 5,0 ml de vin blanc, 0,50 g de chlorhydrate d'hydroxylamine, 0,50 g d'acétate de sodium et 5,0 ml de solution de 2,2-bisquinoleïne dans l'alcool amylique. L'absorbance de la phase supérieure vaut 0,15. En déduire la concentration massique en élément cuivre dans ce vin. Peut-il subir une casse cuivreuse?

3 Exercice 2 : Dosage de la vitamine C d'un jus d'orange Données: M(Na 2 S 2 O 3, 5H 2 O) = 248,2 g/mol M(C 6 H 8 O 6 ) = 176 g/mol I 2(aq) / I (aq) S 4 O 6 (aq) / S 2 O 3 (aq) C 6 H 6 O 6(aq) / C 6 H 8 O 6(aq) L'acide ascorbique ou vitamine C est présent dans de nombreux aliments frais d'origine végétale. C'est un composé antiascorbutique, anti-infectieux et stimulant pour l'organisme. C'est un antioxygène dont le code européen est E300. On veut déterminer la masse d'acide ascorbique C 6 H 8 O 6 contenue dans un jus d'orange par un dosage indirect d'oxydoréduction: la vitamine C contenue dans un jus d'orange est oxydée par un excès de diiode, le diiode restant est alors dosé par une solution de thiosulfate de sodium de concentration connue. I Préparation de la solution de thiosulfate de sodium Le thiosulfate de sodium utilisé est pentahydraté, il répond à la formule Na 2 S 2 O 3, 5H 2 O. Décrire la préapration de 0,500 L de solution de thiosulfate de concentration C 1 = 5, mol/l. II Etalonnage de la solution de diiode La solution aqueuse de diiode est obtenue en dissolvant du diiode I 2 dans une solution d'iodure de potassium et non dans de l'eau, car le diiode est peu soluble dans cette dernière. Le dioxygène dissous dans l'eau peut oxyder les ions iodure en diiode; il faut donc étalonner la solution de diiode en procédant à son dosage par la solution de thiosulfate de sodium précédemment préparée. ➊ ➋ Ecrire l'équation de la réaction de dosage. Quel indicateur de fin de réaction peut-on utiliser? ➌ L'équivalence est atteinte lorsqu'un volume de thiosulfate V 1E = 20,6 ml est versé dans un volume V 2 = 10,0 ml de solution de diiode de concentration C 2. Déduire C 2. III Détermination de la masse d'acide ascorbique contenu dans 1L de jus do'ranges fraîchement pressées. Dans un erlenmeyer, on introduit un volume V 3 = 20,0 ml de jus d'orange, un volume V' 2 = 20,0 ml de diiode de concentration C 2 et un indicateur de fin de réaction. Il faut verser un volume V' 1E = 17,8 ml de solution de thiosulfate de sodium de concentration C 1 = 5, mol/l pour atteindre l'équivalence. ➊ ➋ Ecrire l'équation de la réaction entre le diiode et l'acide ascorbique. a) Calculer la quantité de diiode introduit. b) Calculer la quantité de diiode en excès (qui a été dosée par le thiosulfate).

4 c) Calculer la quantité de diiode ayant réagi avec l'acide ascorbique d) Déterminer la quantité d'acide ascorbique contenu dans 20,0 ml de jus d'orange. ➌ En déduire la masse d'acide ascorbique dans un litre de ce jus d'orange. Comparer ce résultat à la masse d'acide ascorbique (500 mg) contenu dans un comprimé de Laroscorbine 500. IV Vérification par dosage ph-métrique de la masse d'acide ascorbique contenue dans un comprimé de Laroscorbine 500. Un comprimé est dissous dans une fiole jaugée. La solution S obtenue a une volume V = 100,0 ml. Les différents dosages sont réalisés à partir d'un volume V 5 = 20,0 ml. Au cours d'une première expérience, l'acide ascorbique et sa base conjuguée, l'ion ascorbate, sont oxydés et dosés simultanément par oxydoréduction. La somme des quantités d'acide et de base conjugués contenus dans le volume V 5 de S est égale à n = 0,53 mmol. Au cours d'une seconde expérience, on effectue un dosage acidobasique par une solution de soude de l'acide AH contenu dans V 5. Ecrire l'équation de la réaction de dosage. Définir l'équivalence d'un titrage et donnez la relation à l'équivalence de ce titrage. La concentration C B de soude utilisée vaut C B = 2, mol/l. Les résultats obtenus sont regroupés dans le tableau ci-dessous: V 0 2,0 4,0 6,0 8,0 9,0 9, , , , , , ph 4,2 4,3 4,5 4,6 4,8 4,9 5,0 5,1 5,2 5,3 5,4 5,6 5,9 6,5 8,6 9,3 10,1 10,2 10,3 10,4 Tracer la courbe ph = f(v). Déterminer la quantité d'acide AH contenue dans V 5. Déterminer les quantités n 1 d'acide ascorbique et n 2 d'ascorbate de sodium contenues dans un comprimé. Concluez. Exercice 3 : Contrôle de qualité sur l'aspirine Des élèves souhaitent élaborer au laboratoire des comprimés d aspirine équivalents à ceux du commerce. Ils comptent procéder en plusieurs étapes : synthèse de l aspirine et purification, vérification de la pureté de l aspirine, préparation des comprimés et dosage conductimétrique d un échantillon. 1. SYNTHESE DE L ASPIRINE Les élèves synthétisent l acide acétylsalicylique (ou aspirine) par réaction de m 1 = 10,00 g d acide salicylique avec V 2 = 15,0 ml d anhydride éthanoïque de masse volumique 2 = 1,08 g.ml -1.

5 Le bilan de la synthèse est: acide salicylique + anhydride éthanoïque = acide acétylsalicylique + acide éthanoïque La synthèse est réalisée en ajoutant quelques gouttes d acide sulfurique au milieu réactionnel. Quel est son rôle? 1.2. Calculer les quantités de matière initiales des réactifs (en mole) Déterminer la masse maximale m max d aspirine que les élèves peuvent fabriquer A la fin de la synthèse, les élèves purifient l aspirine. Ils obtiennent une masse m exp = 9,80 g. Calculer le rendement de la synthèse. 2. PURETE DE L ASPIRINE SYNTHETISEE Les élèves réalisent ensuite une chromatographie sur couche mince de silice avec un éluant convenable. On obtient le chromatogramme suivant : 2.1. Calculer le rapport frontal de l acide acétylsalicylique L aspirine synthétisée par les élèves est-elle pure? (Justifier votre réponse). 3. DOSAGE DE L ASPIRINE SYNTHETISEE Les élèves préparent un comprimé à partir de m i = 0,32 g d acide acétylsalicylique synthétisé. Ils désirent vérifier la teneur en aspirine du comprimé par dosage conductimétrique. Pour cela, ils préparent une solution S en dissolvant le comprimé dans de l eau distillée. Le volume de la solution obtenue est V = 250 ml. Ils dosent V A = 100 ml de cette solution avec une solution d hydroxyde de sodium (Na + (aq) + HO (aq)) ou soude de concentration C B = 1, mol.l 1. A partir des résultats obtenus par dosage conductimétrique, les élèves tracent la courbe G = f(v B ) donnée en annexe (G étant la conductance de la solution) Ecrire l équation de la réaction acido-basique du dosage. L acide acétylsalicylique est noté HA (aq) et l ion acétylsalicylate A (aq) Déterminer graphiquement le volume V BE de soude versé à l équivalence en expliquant votre méthode (voir annexe 4, à rendre avec la copie) Calculer la concentration C A en acide acétylsalicylique de la solution S (expliquer clairement votre démarche) 3.4. Déterminer la masse m A d aspirine contenue dans le comprimé. Ce résultat est-il attendu?

6 Données :