Quel est le % en cuivre d un fil de laiton? Monoxyde d azote, NO (g), gaz incolore

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1 LE CUIVRE ET SES ALLIAGES DANS L HABITAT. ÉTUDE D UN PROTOCOLE EXPERIMENTAL Le cuivre a des propriétés remarquables extrêmement nombreuses, il a donc était utilisé dans l habitat de tout temps. Ses 2 propriétés dominantes sont sa conductibilité électrique et thermique d'une part et sa résistance à la corrosion d'autre part. Mais à ces deux propriétés de base, il faut souvent ajouter des propriétés de résistance mécanique, d'aptitude à la mise en œuvre ou à l'usinage, que le cuivre ne possède pas ou insuffisamment. On fait alors appel aux alliages de cuivre. Les laitons et les bronzes sont connus depuis plusieurs siècles avant J.C. ("Age du bronze"), ce sont tous des alliages cuivre-zinc. Données Les espèces chimiques mises en jeu Quel est le % en cuivre d un fil de laiton? Ions Cu 2+ (aq) Couleur bleue en solution aqueuse Dioxyde d azote, NO 2(g), gaz roux Monoxyde d azote, NO (g), gaz incolore Solution S 0 d acide nitrique concentré HNO 3 : - Densité 1,38 - Pureté : 63 % en masse - Masse molaire : M = 63,01 g.mol -1 Masses molaires atomiques (en g/mol) : Cu : 63,5 ; H = 1 ; N = 14 ; O = 16 Couples rédox mis en jeu : Cu 2+ (aq) / Cu (s) ; NO 3 - (aq) / NO (g) Relation entre couleur et longueur d onde dans le vide. Couleur absorbée violet bleu vert jaune orange rouge Longueur d onde (nm) Couleur complémentaire jaune - vert jaune pourpre bleu vert - bleu bleu- vert Expérience 1 : réaction entre la cuivre et l acide nitrique. Mode opératoire Peser un morceau de laiton : m = 1,500 g Placer le morceau de laiton dans un erlenmeyer Y ajouter, à laide d une éprouvette graduée, 100,0 ml d une solution S 0 d acide nitrique concentré en excès. Après disparition complète du solide, verser la solution obtenue dans une fiole jaugée de 500 ml, partiellement remplie d eau distillée. Compléter au trait de jauge avec de l eau distillée et agiter. On obtient la solution S X. Questions 1. Dessiner ci-dessous, la verrerie utilisée

2 Erlenmeyer Éprouvette graduée Fiole jaugée 2. Déterminer la concentration molaire apportée de la solution S 0 d acide nitrique dont l étiquette est reproduite ci-dessus. 3. La réaction qui a lieu est une réaction rédox entre le cuivre métal et les ions nitrates NO 3 - (aq) en milieu acide. a- Le cuivre métal est-il oxydé ou réduit? b- Écrire les demi- équations des deux couples rédox mis en jeu c- Écrire l équation de la réaction mise en jeu (on considérera cette réaction comme totale): 4. En réalité, le monoxyde d azote qui se dégage, NO (g), est immédiatement oxydé par le dioxygène de l air en dioxyde d azote, NO 2(g). Écrire l équation de la réaction associée à cette transformation. 5. Décrire avec soin les observations faites lorsque le morceau de laiton réagit avec la solution S 0 en justifiant vos affirmations. 6. Quelles sont les précautions expérimentales à prendre lorsque l on réalise cette expérience?

3 7. En supposant que le fil de laiton est constitué de 100 % de métal cuivre, calculer la quantité de matière de cuivre maximale introduite initialement. 8. Montrer que l acide nitrique a bien été introduit en excès. 9. En supposant que le fil de laiton est constitué de 100 % de métal cuivre, calculer le volume de monoxyde d azote formé par cette réaction. Dans les conditions de cette expérience le volume molaire vaut V m = 25 L.mol -1 Expérience 2 : titrage des ions cuivre II formés par spectrophotométrie Tracer le spectre d absorption d une solution aqueuse de nitrate de cuivre II de concentration molaire apportée 1, mol.l -1 (On obtient la figure 1). A partir d une solution mère de sulfate de cuivre, S 1, de concentration molaire apportée 1, mol.l -1, préparer 50,0 ml des différentes solutions «filles», S i, dont les concentrations C i sont indiquées dans le tableau ci-dessous Mesure d absorbance Faire le blanc Mesurer l absorbance des différentes solutions filles. Tracer la courbe d étalonnage (On obtient la figure 2) Mesurer l absorbance de la solution S obtenue lors de l expérience 1. on trouve A = 0,315 S i S 2 S 3 S 4 S 5 S 6 S 7 C i (10-2 mol.l -1 ) V 0 : volume de solution mère à prélever en ml Questions 1. Déterminer la longueur d onde à utiliser pour réaliser les différentes mesures d absorbances. 2. A partir du spectre d absorption, justifier la couleur bleue d une solution aqueuse d ions cuivre II.

4 3. Compléter le tableau donnant les concentrations des différentes solutions filles, en indiquant le volume de solution mère à prélever. S i S 2 S 3 S 4 S 7 C i (10-2 mol.l -1 ) A 0,107 0,220 0,554 0,890 V 1 : volume de solution mère à prélever en ml 4. Avec quelle solution doit-on faire le blanc? Pourquoi est-il nécessaire de faire le blanc? Sur quelle propriété de l absorbance repose cette opération? 5. Déterminer la concentration en ions cuivre II de la solution S obtenue à la fin de l expérience 1 6. En déduire la masse de cuivre dans l échantillon de laiton utilisé 7. Calculer le % massique en cuivre de cet échantillon.

5 0,9 0,8 0,7 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 A Absorbance en fonction de la concentration en ions Cu2+ - figure 2 0 C (mol/l) 0,00E+00 2,00E-02 4,00E-02 6,00E-02 8,00E-02 1,00E-01

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