TITRAGE DES IONS CHLORURE DANS

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1 T.P-cours de Chimie n 8 Objectifs : TITRAGE DES IONS CHLORURE DANS L EAU DE VICHY - ST YORRE Réinvestir les notions de conductivité, puis de quotient de réaction ; Réaliser et interpréter un titrage ; Vérifier les indications portées sur l étiquette d un produit d usage courant (contrôler la quantité d'ions chlorure dissous dans cette eau). Contrôle de Qualité Les eaux minérales contiennent des espèces dissoutes. La législation impose un étiquetage précisant les quantités contenues dans un litre d eau. L étiquette de l eau de Vichy St Yorre donne les informations suivantes : calcium : 90 magnésium : sodium : 708 potassium : 32 sulfate : 74 hydrogénocarbonate : 4368 chlorure : 322 Fluorure : 9 Minéralisation totale, Résidu sec à 80 C : 4774 mg/l ph = 6,6 Principe : Il est possible de doser ces ions à l aide d une solution de nitrate d argent (Ag + (aq), + NO 3 -(aq)). Au cours de cette réaction, le chlorure d argent AgCl(s) précipite. Deux suivis du titrage peuvent être utilisés : Suivi par conductimétrie ; Suivi par changement de couleur. A- Titrage des ions chlorure suivi par conductimétrie Données : A.. Principe de titrage On part d un certain volume V 2 d eau de Vichy -St Yorre auquel, on ajoute un volume important d eau distillée devant le volume total de solution titrante que nous allons ajouter. Entre chaque ajout d une solution de nitrate d argent, on mesure la conductivité (ou la conductance) du mélange. A.2. Questions : A... Pourquoi utilise t-on un grand volume d eau distillé? A..2. Donner l équation de la réaction de titrage. A..3. Prévoir les variations de la conductivité du mélange avant et après l équivalence du titrage. A..4. Comment repérer l équivalence? A.3. Protocole expérimental et exploitation On dégaze l eau de Vichy St Yorre par agitation. Verser un volume V 2 = 20,0 ml d eau de Vichy St Yorre dans un bécher. Ajouter un volume d environ 50 ml d eau distillée. Remplir la burette avec la solution de nitrate d argent de concentration molaire c = 2,5.0-2 mol.l-. Mettre en place le dispositif. Verser, ml par ml, un volume maximum V = 5 ml de la solution de nitrate d argent. Attendre la stabilisation de la mesure. Noter chaque fois la conductivité σ de la solution. A.4. Questions : A.3.. Annoter dispositif expérimental. A.3.2. Tracer avec Généris 5 la conductivité σ en fonction du volume V de solution de nitrate d argent ajouté. A.3.3. Déterminer graphiquement le volume de nitrate d argent correspondant à l équivalence de la réaction. A.3.4. En déduire la concentration molaire en ions chlorure, puis la concentration massique en ions chlorure contenus dans cette eau minérale. A.3.5. Comparer le résultat obtenu avec l'indication de l'étiquette. Ion Cl - NO 3 - ms c.500 m - σ Conductivité ionique molaire λ (S. m 2. mol - ) 7, , , Masse molaire (g.mol - ) 35,5 62,0 07,9 Ag +

2 2 B- Titrage des ions chlorure par la méthode de Mohr B.. Principe du titrage Au cours de ce titrage, les ions chlorure réagissent avec les ions argent pour former un précipité blanc de chlorure d argent. La constante d équilibre de cette réaction vaut K =, L indicateur de fin de réaction est le chromate de potassium K 2 CrO 4 qui donne avec l excès d ion argent versé, en milieu neutre, un précipité rouge de chromate d argent. La constante d équilibre de cette réaction vaut K 2 = 2, On peut considérer avec une très bonne précision, que le précipité de chromate d argent commence à apparaître uniquement lorsque les ions chlorure ont été titrés quantitativement (c'est-à-dire que la solubilité du chromate d'argent est plus grande que celle du chlorure d'argent). Limite de la méthode : le ph de la solution doit être voisin de 7 car en milieu trop acide le chromate d'argent ne précipite plus (les ions chromate sont transformés en ions dichromate) et en milieu basique, on risque la formation d'oxyde d'argent. B.2. Protocole expérimental et exploitation B.3. Questions : Remplir la burette avec la solution de nitrate d argent de concentration molaire c = 2,5.0-2 mol.l -. Introduire un volume V 2 = 20,0 ml d eau de Vichy St Yorre dans un erlenmeyer de 00 ml. Ajouter ml de la solution de chromate de potassium. Faire un premier dosage rapide (ml par ml) pour situer l'équivalence (persistance de la couleur rouge orange du précipité de chromate d'argent). Réaliser un deuxième dosage précis? Noter V éq. B.3.. S agit-il d un titrage direct ou indirect? B.3.2. Quel est le rôle du chromate de potassium? B.3.3. Ecrire l équation de la réaction de titrage. B.3.4. Etablir le tableau d'avancement décrivant l'évolution du système en fonction du volume de solution de nitrate d'argent ajouté. B.3.5. En déduire la concentration molaire, puis la concentration massique en ions chlorure contenus dans cette eau de Vichy St Yorre. B.3.6. Comparer les résultats obtenus par les deux méthodes, entre eux et avec l'indication de l'étiquette. B.4. Compléments : B... Donner l expression de la constante d'équilibre K de la réaction de titrage. B..2. Déterminer à partir de quelle concentration en ions argent Ag+, le précipité de chlorure d argent commence à se former si la concentration initiale en ions chlorure est d environ 0-2 mol.l-. B..3. Donner la formule des ions chromate. Ecrire l équation de la réaction permettant de repérer la fin du titrage et donner l expression de sa constante d'équilibre K2. B..4. En introduisant ml d une solution de chromate de potassium de concentration massique 50 g.l-, dans 20 ml d eau, déterminer l ordre de grandeur (puissance de 0) de la concentration en ion chromate dans le mélange. B..5. En déduire dans ces conditions, l ordre de grandeur de la concentration en ions argent à partir de laquelle le précipité de chromate d argent commence à se former. Vérifier alors que le précipité de chlorure d argent se forme avant celui de chromate d argent. B..6. Déterminer la concentration en ions chlorure dans le mélange lorsque le précipité rouge apparaît. En déduire que la réaction de titrage est totale.

3 3 Réponses : A-Titrage des ions chlorure par conductimétrie A... schéma annoté : voir livre A..2. Résultats : en rouge les résultats de V (Ag+) σ(ms.cm - ) σ(ms.cm - ) 0,0, ,0, ,0, ,0, ,0, ,0 0, ,0 0, ,0 0, ,0 0, ,0, ,0,06.00,0, ,0, ,0, ,0, ,0, A.3.3. A l'équivalence VAg+ = 7,0 ml. (point d'intersection des deux droites) A.3.4. Concentration molaire d'ions chlorure contenus dans l'eau de VICHY : xéq = cvéq = c2v2 donc c2 = cvéq/ V2 Véq = 7,0 ml ; c2 = 2,5.0-2 x 7,0 / 20,0 = 8,8.0-3 mol.l- Concentration massique en ions chlorure : cm = c2. MCl ; cm = 8,8.0-3 x 35,5 = 0,320 g = 32 mg.l-. B-- methode de mohr : A.3.5. La valeurs obtenues par les deux méthodes et celle portée par l'étiquette sont comparables B... Il s'agit d'un titrage direct. B..2. Ag+(aq) + Cl-(aq) = AgCl (s) (),78 x0 B..3. K = [Ag+] = [Ag+] [Cl-] K [Cl-] = = 5,6 0-9 mol L- Si [Ag+] < 5,6 0-9 mol L- il n y a pas formation du précipité de chlorure d argent. 0 x0 B Ag+(aq) + CrO 2-4 (aq) = Ag2CrO4 (s) ; K2 = [Ag+]2 [CrO 2- B..5. M(K2CrO4) = 2 x x 6 = 94,0 g.mol- ; [CrO4-] = 50/94,0 / 20 = 0,03 soit de l'ordre de.0-2 mol.l- B..6. K2 = [Ag+]2 [CrO 2- [Ag+] = K2 [CrO 2- [Ag+] = (2,57 02 x 0,00)-0.5 = 6,0 0-6 mol L-. Si [Ag+] < 6,0 0-6 mol L- il n y a pas formation du précipité de chromate d argent. Le chromate d argent est plus soluble que le chlorure d argent. Si on ajoute des ions argent dans une solution qui contient à la fois des ions chlorure et des ions chromate, on observe d abord la formation du précipité de chlorure d argent. B..7. Si le précipité de chromate d argent se forme avec [CrO 2- = 0,00 mol L-, alors la concentration en ions argent est : [Ag+] = 6,0 0-6 mol L- ; [Cl-] = K.[ Ag + ] =,78 x0 0 σ (ms.cm - ),080,070,060,050,040,030,020,00,000 0,990 0,980 x6,0x0 6 Pratiquement tous les ions chlorure ont précipité. σ = f(v (Ag+) ) 0,0,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 9,00,0,02,03,04,05,06,0 2 = 9,4 0-6 mol L-. V (Ag+) en ml

4 4 B -4 Titrage des ions chlorure par la méthode de Mohr B.4.4 Rôle du chromate de potassium : indicateur de fin de réaction de précipitation. B.4.4 Tableau d'avancement : Etat B.4.4 Avancement en mol B.4.4 Ag+(aq) + initial B.4.4 x = 0 B.4.4 cv En cours de B.4.4 x B.4.4 cv - x tranformation À l'équivalence B.4.4 x = xéq B.4.4 Concentration molaire d'ions chlorure contenus dans l'eau de VICHY : xéq = cvéq = c2v2 donc c2 = cvéq/ V2 Véq = 7,2 ml ; c2 = 2,5.0-2 x 7,2 / 20,0 = 9,0.0-3 mol.l- Concentration massique e3 ions chlorure : cm = c2. MCl ; cm = 9,0.0-3 x 35,5 = 0,320 g = 320 mg.l-. B.4.4 cvéq xéq = 0 B.4.4 Indication portée sur l'étiquette : Chlorure : 322 ; Cette indication correspond à la teneur massique exprimée en mg.l- en ions chlorure de l'eau analysée. Nous retrouvons cette valeur à moins de % près. Les valeurs obtenues par les deux méthodes et celle portée par l'étiquette sont comparables

5 5 TP 8 Dosage des ions chlorure dans une eau minérale - 9 groupes Bureau : eau de Vichy SAINT YORRE gros tube à essai sur portoir eau salée + bécher solution de nitrate d'argent à 2,5.0-2 mol.l - + bécher solution de chromate de potassium (K 2 CrO 4 ) à 50 g.l - (2,5 g dans 50 ml) + bécher + burette au fond de la salle Elèves : gros bécher 2 béchers de 00 ml un erlenmeyer de 00 ml une burette graduée une pipette jaugée de 20 ml un conductimètre un agitateur magnétique un crayon gras Pissette d eau distillée.

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