BTS CHIMISTE Session 2014 EPREUVE FONDAMENTALE DE CHIMIE. - Pratique expérimentale -

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1 BTS CHIMISTE Session 2014 EPREUVE FONDAMENTALE DE CHIMIE Durée : 6 heures Coef. : 7 Poste n : SUJET n 1 - Pratique expérimentale - DOSAGES D IONS HALOGENURE Interrogation préliminaire (à rendre) Après avoir lu le texte du sujet, répondre aux questions suivantes (durée maximale 30 min). La calculatrice est interdite pour cette partie. Le matériel convenable ne sera délivré qu après remise de cette feuille de choix 1. Étalonnage de la solution de nitrate d argent (S 1 ) Citer un produit qui peut servir d étalon pour titrer une solution de nitrate d argent : Parmi les produits suivants, choisir l indicateur coloré correct pour cette manipulation (entourer la réponse correcte) : KBr KSCN KI K 2 CrO 4 2. Dosage conductimétrique de la solution de chlorure de sodium (S 2 ) par la solution de nitrate d argent (S 1 ) Matériel nécessaire pour réaliser une mesure de conductance : Comment peut-on rendre négligeable la dilution due à l ajout du réactif titrant? Quelle autre technique pourrait-on proposer pour ce dosage? 1/10

2 3. Dosage par potentiométrie à courant nul de la solution de chlorure de sodium et d iodure de potassium (S 3 ) par la solution de nitrate d argent (S 1 ) Donner la nature et le rôle des électrodes nécessaires à la réalisation de ce dosage. Donner la signification des pictogrammes associés au nitrate d argent : 4. Dosage volumétrique de la solution (S 2 ) de chlorure de sodium en présence de la solution de nitrate d argent (S 1 ) introduite en excès par la solution de thiocyanate de potassium (S 4 ) Quel est le nom de la méthode mise en jeu dans ce dosage? Quelle est la formule chimique de l indicateur coloré mettant en évidence l équivalence? 5. Dosage spectrophotométrique de la solution (S 5 ) de chlorure de nickel(ii) Quelle autre méthode mettant en jeu la spectrophotométrie pourrait être utilisée pour doser le chlorure de nickel(ii)? 2/10

3 DOSAGES D IONS HALOGENURE La calculatrice fournie par le centre d examen est autorisée. On se propose de déterminer la concentration en ions halogénure par diverses méthodes d analyse. Pour les différents dosages, il sera notamment utilisé : une solution (S 1 ) de nitrate d argent : C 1 0,1 mol.l -1 une solution (S 2 ) de chlorure de sodium de concentration massique : ρ 6 g.l -1 une solution (S 3 ) de chlorure de sodium et d iodure de potassium : C 3 (Cl - ) 0,07 mol.l -1 et C 3 (I - ) 0,08 mol.l -1 une solution (S 4 ) de thiocyanate de potassium : C 4 0,1 mol.l -1 concentration exacte donnée par le centre d examen une solution (S 5 ) de chlorure de nickel(ii) : C 5 0,015 mol.l -1 une solution étalon (E) de chlorure de nickel(ii) : concentration exacte C E = 1, mol.l -1 Données à 25 C : Masses molaires : KCl : M 1 = 74,55 g.mol -1 NaCl : M 2 = 58,44 g.mol -1 Produits de solubilité : Solide Couleur pks AgCl(s) blanc 9,7 Ag 2 CrO 4 (s) rouge brique 11,8 AgI(s) jaune pâle 16,1 AgBr(s) jaune pâle 12,3 AgSCN(s) blanc «laiteux» 11,9 Formule Alun ferrique ammoniacal Fe 2 (SO 4 ) 4 (NH 4 ) 2, 24 H 2 O Conductivités molaires limites à dilution infinie : Na + Cl - Ag + - NO 3 I - λ 0 (ms.m 2.mol -1 ) 5,0 7,6 6,2 7,1 7,7 Constantes d acidité : Les acides HI, HCl et HNO 3 sont des acides forts dans l eau. 3/10

4 Constante de formation : lg β(fescn 2+ ) = 2,3 ; [FeSCN] 2+ est de couleur rouge-orangé en solution aqueuse. Sécurité : Solution Pictogrammes Acide nitrique Nitrate d argent Chromate de potassium Chlorure de nickel(ii) 4/10

5 PLAN DE TRAVAIL : Étalonnage d'une solution (S 1 ) de nitrate d argent. Dosage conductimétrique d une solution (S 2 ) de chlorure de sodium par une solution (S 1 ) de nitrate d argent. Dosage potentiométrique d une solution (S 3 ) de chlorure de sodium et d iodure de potassium par la solution (S 1 ) de nitrate d argent. Dosage volumétrique de la solution (S 2 ) de chlorure de sodium par une solution (S 4 ) de thiocyanate de potassium en présence de la solution (S 1 ) de nitrate d argent en excès. Dosage par spectrophotométrie d une solution (S 5 ) de chlorure de nickel(ii). MANIPULATIONS : Dans ce sujet, il a été fait le choix de ne pas donner les valeurs des volumes à prélever avec les chiffres significatifs appropriés. Il appartient au candidat d utiliser la verrerie adéquate pour tous les prélèvements à effectuer. 1. Étalonnage de la solution de nitrate d argent (S 1 ) Cet étalonnage est effectué par pesée de chlorure de potassium. Q1. Quel test permet de montrer que la solution (S 1 ) contient des ions argent? Appel n 1 : appeler l examinateur pour lui présenter le test expérimental ou en cas de difficulté. Réaliser le test. Q2. Écrire les équations des réactions intervenant au cours du dosage, puis à l équivalence. Q3. Calculer l ordre de grandeur de la masse m 1 de KCl à peser pour obtenir un volume à l équivalence V 1 de 15 ml. Q4. Représenter sur un schéma précis et soigneusement annoté (réactifs, indicateur coloré, masse à peser, verrerie) le dispositif correspondant à cet étalonnage. On précisera les volumes à l équivalence attendus compte-tenu des masses pesées. Appel n 2 : appeler l examinateur pour lui présenter la proposition de protocole expérimental ou en cas de difficulté. Réaliser l étalonnage de sorte à avoir deux essais concordants. On notera V 11 et V 12 les volumes à l équivalence obtenus et m 11 et m 12 les masses pesées de solide étalon. Q5. Établir l expression permettant de calculer la concentration molaire de la solution de nitrate d argent C 1. 5/10

6 2. Dosage conductimétrique de la solution de chlorure de sodium (S 2 ) par la solution de nitrate d argent (S 1 ) Q6. Écrire l équation de la réaction de dosage Q7. Donner l expression de C 2cond, concentration molaire en ions chlorure dans S 2 obtenue par une méthode conductimétrique, en fonction des grandeurs utiles. On notera E 2 le volume correspondant à la prise d essai en (S 2 ) et V 2 le volume à l équivalence. Q8. Représenter sur un schéma précis et soigneusement annoté (réactifs, valeur de la prise d essai, tout renseignement utile à la manipulation) le dispositif correspondant à ce dosage. On choisira E 2 de sorte que le volume V 2 soit raisonnable compte-tenu des burettes utilisées. On précisera sur le schéma la valeur attendue du volume V 2. Appel n 3 : appeler l examinateur pour lui présenter la proposition de protocole expérimental ou en cas de difficulté. Réaliser ce dosage et tracer la courbe permettant de déterminer le volume à l équivalence V 2. Appel n 4 : Justifier les signes des pentes obtenues sur le graphe en utilisant les données. 3. Dosage par potentiométrie à courant nul de la solution de chlorure de sodium et d iodure de potassium (S 3 ) par la solution de nitrate d argent (S 1 ) Le candidat pourra choisir pour ce dosage d utiliser un titrateur automatique. Q9. Dans un tube à essai contenant quelques millilitres de la solution (S 3 ), ajouter goutte à goutte la solution (S 1 ) de nitrate d argent. Appel n 5 : appeler l examinateur pour lui présenter le test et l expliquer. Le réaliser. Q10. Représenter sur un schéma précis et soigneusement annoté (réactifs, tout renseignement utile à la manipulation) le dispositif correspondant à ce dosage. On prendra E 3 = 10 ml comme prise d essai en (S 3 ). Prévoir V 31 et V 32, volumes aux équivalences. Appel n 6 : appeler l examinateur pour lui présenter la proposition de protocole expérimental ou en cas de difficulté. Réaliser ce dosage. Q11. Donner les expressions de C 3 (I - ) et C 3 (Cl - ), concentrations molaires en ions iodure et chlorure en fonction de E 3, V 31 et V 32. 6/10

7 4. Dosage volumétrique de la solution (S 2 ) de chlorure de sodium en présence de la solution de nitrate d argent (S 1 ) introduite en excès par la solution de thiocyanate de potassium (S 4 ) Verser E 4 = 10 ml de solution (S 2 ) dans un erlenmeyer de 250 ml. Ajouter E 4 = 20 ml de solution (S 1 ). Ajouter 20 ml d acide nitrique à 1 mol.l -1. Chauffer jusqu au voisinage de l ébullition en agitant fortement. Laisser refroidir. Ajouter 2 ml de la solution d alun ferrique ammoniacal. Titrer par la solution (S 4 ) de thiocyanate de potassium. Le dosage sera considéré comme terminé lorsque la coloration rose orangée persiste pendant au moins une dizaine de secondes. Réaliser deux dosages concordants. Noter V 41 et V 42, valeur des deux volumes relevées à l équivalence. Q12. Écrire les équations des trois réactions successives qui ont lieu dans le bécher : avant le début du titrage, au cours du titrage et à l équivalence. Q13. Montrer que C 2vol, concentration en ions chlorure dans (S 2 ) déterminée par volumétrie, peut s exprimer ainsi : C2 vol ' 4 E C = 1 - V4C E 4 4 7/10

8 5. Dosage spectrophotométrique des ions nickel (II) de la solution (S 5 ) Les ions nickel (II) de (S 5 ) sont dosés par la méthode des ajouts dosés ; on pourra déduire la concentration des ions chlorure en admettant que le chlorure de nickel(ii) est totalement dissocié en solution aqueuse. On dispose d'une solution étalon (E) de chlorure de nickel (II) de concentration exacte C E = 1, mol.l -1. On prépare une série de cinq fioles jaugées de 50 ml : Numéro de la fiole F i Volume de solution étalon (E) / ml Volume de solution (S 5 ) / ml Volume d'eau Compléter à 50 ml Les mesures d absorbance sont réalisées à la longueur d'onde λ = 394 nm. Q14- Calculer la concentration molaire C i en ions Ni 2+ provenant de la solution (E) dans chacune des cinq fioles F i. On détaillera un seul calcul. Remplir le tableau de la feuille de résultats et tracer la courbe représentant A en fonction de C i. Q15- Indiquer, en justifiant la réponse, si la loi de Beer-Lambert est ici vérifiée. Appel n 7 : Déterminer C 5Ni, concentration en ions nickel(ii) dans la fiole, en expliquant la méthode d obtention à l examinateur. Q16- Déterminer à partir de C 5Ni la concentration en ions nickel(ii) C 5 dans la solution (S 5 ). Q17- En déduire la concentration de la solution (S 5 ) en ions chlorure C 5Cl. 8/10

9 Poste n : FEUILLE DE RÉSULTATS 1. Étalonnage de la solution de nitrate d argent (S 1 ) (Précision : 0,5 %) Essai (i) (si nécessaire) m 1i / g V 1i / ml C 1i / mol.l -1 Vérification de la concordance : Concentration retenue : C 1 = ( ± ) 2. Dosage de la solution de chlorure de sodium (S 2 ) (ρ 6 g.l -1 ) par la solution de nitrate d argent (S 1 ) par conductimétrie (Précision : 2 %) Prise d essai E 2 = Volume relevé à l équivalence V 2 = C 2 cond C 2cond = ( ± ) 3. Dosage de la solution (S 3 ) de chlorure de sodium et iodure de potassium par la solution de nitrate d argent (S 1 ) par potentiométrie à courant nul (Précision : 1 %) Prise d essai E 3 = Volumes relevés aux équivalences V 31 = et V 32 = C 3 (I - ) C 3 (I - ) = ( ± ) C 3 (Cl - ) C 3 (Cl - ) = ( ± ) 9/10

10 4. Dosage volumétrique de la solution (S 2 ) de chlorure de sodium en présence de la solution de nitrate d argent (S 1 ) introduite en excès par la solution de thiocyanate de potassium (S 4 ) (Précision : 1,5 %) Essai (i) (si nécessaire) V 4i / ml C 2voli / mol.l -1 Vérification de la concordance : Concentration retenue : C 2vol = ( ± ) 5. Dosage spectrophotométrique de la solution (S 5 ) de chlorure de nickel (Précision : 4 %) Numéro de la fiole Concentration en ions Ni 2+ provenant de la solution (E) Absorbance A lue Concentration retenue : C 5 = ( ± ) Concentration retenue : C 5Cl = ( ± ) 10/10