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27 Examen-concours de recrutement en CHIMIE Session 2015/16 Travaux pratiques Séance du 3 mars 2016 (LTE) Nom et prénom : 1. Introduction Analyse d une ankérite par complexométrie A Stolzembourg (L), au site de l ancienne mine de cuivre, se trouvent de vastes dépôts d ankérite (Ca/Mg,Fe)(CO 3 ) 2. Il s agit dans cette expérience de déterminer la teneur en Ca, Mg et Fe dans cette ankérite par titrages complexométriques avec l anion éthylènediaminetétraacétate (EDTA). N.B. L EDTA forme des complexes avec le Mg 2+, Ca 2+ et Fe 3+ dans le rapport molaire 1:1. 2. Mode opératoire a) Mise en solution : Peser exactement environ 0.5 g de l échantillon dans un erlen de 250 ml. Ajouter environ 15 ml d acide chlorhydrique (10%) et porter à douce ébullition. Des éventuelles pertes de volumes peuvent être componsées par ajout d eau distillée. La réaction durera environ 5 à 10 min. Vers la fin, ajouter environ 0.5 ml de peroxyde d hydrogène (3%) et maintenir en ébullition pendant une minute supplémentaire. Un éventuel résidu insoluble (silice) ne gênera pas dans la suite. Transvaser la solution dans une fiole jaugée de 250 ml, rincer l erlen plusieurs fois, laisser refroidir (bain d eau froide) et compléter à l eau distillée. b) Dosage des alcalinoterreux : Le Ca et le Mg peuvent être déterminés en solution basique par titrage avec une solution de Na 2 H 2 EDTA (dans la suite, on écrira EDTA). L acide calconecarbonique est un indicateur spécifique du calcium, alors que le bleu de méthylthymol est sensible aux ions Ca 2+ et Mg 2+. Conseils généraux : Les indicateurs sont fournis sous forme de trituration (1% de colorant dans NaCl solide). Ajouter l indicateur par petites portions (pointes de spatule). Les teintes doivent être nettement perceptibles, sans qu elles soient trop foncées (ce qui rend le point d équivalence plus difficile, voire impossible à percevoir). Un excès d indicateur ne peut pas être corrigé, il faut alors recommencer le dosage. Calcium : Prélever une aliquote (prise) de 25 ml et diluer à environ 100 ml dans un becher (250 ml). Ajouter environ 1 ml de triéthanolamine et remuer (agitateur magnétique). Ajouter 2.5 g de KOH en pastilles (environ 30 pastilles). Après dissolution du KOH, ajouter une pointe de spatule de la trituration d acide calconecarbonique. Il faut obtenir une teinte rouge lie-devin bien visible mais pas trop foncée. Titrer avec la solution d EDTA 0.05 M jusqu au virage net au bleu sans nuance de rouge («bleu froid»). 1

28 Magnésium et calcium : Prélever une aliquote (prise) de 25 ml et diluer à environ 100 ml dans un becher (250 ml). Ajouter environ 1 ml de triéthanolamine et remuer (agitateur magnétique). Ajouter environ 10 ml de tampon ammoniacal (ph 10) et une pointe de spatule de la trituration de bleu de méthylthymol. La solution prendra une teinte bleue. Titrer avec la solution de EDTA 0.05 M. Au point d équivalence, la teinte virera du bleu à l incolore, puis au rouge. c) Dosage du fer : Prélever une prise de 50 ml. Diluer dans un becher à environ 100 ml, ensuite ajouter environ 0.5 g de glycine (glycocolle) et de la trituration de bleu de variamine par petites portions et lentement. Attention : la teinte violacée met quelques secondes à apparaître. Eviter un excès d indicateur. Titrer avec la solution d EDTA 0.05 M jusqu au virage au jaune (passant par l incolore), qui est très net. 3. Rapport A. Résultats: a) Donner la masse exacte de l échantillon, et donner un tableau détaillé avec les consommations d EDTA en ml. b) Calculer les pourcentages de Ca, Mg et Fe dans l ankérite. Comparer avec la composition centésimale de l ankérite «idéalisée» CaMg(CO 3 ) 2 : Pourcentage Échantillon CaMg(CO 3 ) 2 calcium magnésium fer N.B. L ankérite naturelle renferme un faible pourcentage (environ 3 %) de manganèse. Vos calculs : 2

29 B. Questions concernant le mode opératoire: a) Mise en solution (i) Donner les équations des réactions qui ont eu lieu lors de la mise en solution de l ankérite. (ii) Pourquoi oxyde-t-on Fe 2+ en Fe 3+ avec H 2 O 2? Formuler l équation de la réaction de Fe 2+ avec H 2 O 2. b) Dosage des alcalinoterreux (i) Quel est le rôle de la triéthanolamine? (iii) Pourquoi faut-il ajouter la triéthanolamine avant d alcaliniser le milieu? (iv) Esquisser la structure spatiale du complexe formé par l éthylènediaminetétraacétate et un ion métallique. 3

30 (v) Pourquoi la titration du calcium et du magnésium doit-elle être réalisée en milieu basique alors que celle du fer peut être effectuée en milieu acide? Pourquoi le fer doit-il être masqué lors de la titration du calcium et du magnésium, alors que ces derniers n ont pas besoin d être masqués pour la titration du fer (Fe 3+ )? (vi) Pourquoi faut-il travailler en présence d un tampon lorsqu on désire effectuer un titrage à ph faiblement alcalin (ph 10, dosage Mg+Ca)? (vii) Dans l ankérite naturelle, le fer, ou le manganèse (l ankérite renferme environ 3 % de manganèse), et même très rarement le nickel, peuvent se substituer librement au magnésium (phénomène appelé diadochie), mais jamais au calcium. Pourquoi? (viii) Suggérer un test qualitatif (par voie humide) qui permettrait de détecter la présence de Mn dans votre échantillon. 4

31 Examen concours de recrutement en chimie 2016 Epreuve orale Les programmes de l enseignement secondaire luxembourgeois évoquent de nombreuses fois La structure tridimensionnelle des molécules Votre exposé pourra comporter les points suivants (liste non exhaustive): Modèle VSEPR, polarité, isomérie / stéréochimie,... Votre exposé comportera aussi des aspects dépassant le cadre traditionnel de l enseignement secondaire. Prévoir au maximum 20 minutes pour l exposé oral. Votre exposé sera suivi d une discussion avec le jury. Un projecteur et le tableau noir seront à votre disposition et après l exposé, vous remettrez vos notes au jury.