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- Aline Rochefort
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1 TP TS- SPE THÈME EAU / EAU ET RESSOURCE TITRAGE COLORIMÉTRIQUE DES IONS MAGNÉSIUM ET IONS CALCIUM D UNE EAU MINÉRALE NOM :... PRÉNOM :... CLASSE :... DATE :... Document 1 : réglementation PAGE 1 / 5 Document 2 : protocole expérimental du dosage des ions nitrate dans une eau
2 Le fil conducteur Pour déterminer la concentration en ions nitrate de l eau polluée il faut mettre en relation la quantité de matière d ion tétraamine cuivre II avec la quantité d ion nitrate présente dans la prise d essai. Il faut donc dans un premier temps écrire et exploiter les équations chimiques des deux transformations que l on fait subir à la prise d essai et établir le lien entre la quantité de matière d ion tétraamine cuivre II qui ont été formés et la quantité de matière d ion nitrate présents dans la prise d essai. la quantité de matière d ion tétraamine cuivre II se déduit de la détermination de leur concentration dans la solution S eau à l aide de la loi de Beer Lambert grâce à l échelle de teintes et de la mesure de l absorbance de la solution S eau d ions tétraamine cuivre II. 1. Détermination de l équation chimique de la réaction du cuivre métallique sur les ions nitrates de l eau polluée en milieu acide C est une réaction d oxydoréduction Couples mis en jeu Cu!! (!")/Cu!!(!") /NO (!) Recherche des demi équations électroniques - Cu!! (!")/Cu! Cu!! (!") + 2e! Cu! -!(!") NO (!)!(!") NO (!) + 2H! O (!)!(!") + 4H!!" NO (!) + 2H! O (!) Espèces mises en présence Cu!! (!")/Cu (!)!(!") /NO (!) écriture de l équation chimique Cu! Cu!! (!") + 2e! (a)!(!") + 4H!!" + e! NO (!) + 2H! O (!) (b)!(!") + 4H!!" + e! NO (!) + 2H! O (!) l équation de réaction est obtenue en faisant la combinaison a + 2 b afin que le nombre d électrons échangés soit le même Cu! Cu!! (!") + 6e! (xa) + 2!(!") + 8H!!" + 6e! 2NO (!) + 4H! O (!) (2 b) après simplification = Cu! + 2!(!") + 8H!!" + 6e! NO (!) + 6H! O (!) + Cu!! (!") + 6e! Cu! + 2!(!") + 8H!!" 2NO (!) + 4H! O (!) + Cu!! (!") Cu! + 2!(!") + 8H!!" 2NO (!) + 4H! O (!) + Cu!! (!") x = 0 mol excès n excès x = x excès n 2x excès 2x 4x x x = x!"# excès n 2x!"# excès 2x!"# 4x!"# x!"# Les ions nitrate constituent le réactif limitant ils ont donc totalement disparu à la fin de la réaction n 2x!"# = 0 x!"# = n 2 n! = n Cu!!! = x!"# n! = n 2 n = n Cu!!! = 2 n!!
3 2. Équation chimique de la réaction de l ammoniaque sur les ions cuivre II formés Cu!! (!") + 4NH! (!") Cu(NH!)!!!(!") équation de la réaction Cu!! (!") + 4 NH! (!") Cu(NH! )!!!(!") état du système avancement E. initial 0 n excès 0 E. intermédiaire x n x excès x E. final x = x max n x!"# excès x!"# L ion cuivre II constituent le réactif limitant n x!"# = 0 x!"# = n n" = n Cu NH!!!!! = x!"# La solution S!"# renferme n" = n Cu!! n" = n que l on peut exprimer en fonction de la concentration initiale d ions nitrate n" = n n! = n 2 n" = n 2 n Cu NH!!! = 2 n!!. Bilan des quantités de matières On sait que D où n" = n 2 n = 2n" la détermination de la quantité finale d ions tétraamine cuivre II permet de connaître la quantité initiale d ion nitrate contenue dans la prise d essai d eau polluée traitée n!! = 2n Cu NH!!!. Échelle de teintes Concentration C! de la solution S! Masse de sulfate de cuivre hydraté m=250mg dissout dans un volume V! = 50 ml de solution Masse molaire de Cu SO! ; 5H! O M = M!" + M! + 9. M! + 10M! M = 249,5 g. mol!! C! = m V!. M !! C! = !! 249,5 C! = 2,0. 10!! mol. L!!
4 Concentration des solutions filles réalisées V!! représente le volume de solution mère prélevé pour réaliser un volume V! = 10 ml de solution fille S! C! = C!. V!! V! S 0 S 1 S 2 S C 0 (mol.l - 1 ) 2,0E- 02 2,0E- 02 2,0E- 02 2,0E- 02 Vo i (L) 1,00E- 0 7,50E- 0 5,00E- 0 2,50E- 0 V f (L) 1,00E- 0 1,00E- 02 1,00E- 02 1,00E- 02 C i (mol.l - 1 ) 2,0E- 02 1,5E- 02 1,0E- 02 5,0E Courbe d étalonnage de l absorbance en fonction des concentrations des solutions filles S 0 S 1 S 2 S A 1,208 0,906 0,599 0,10 C i (mol.l - 1 ) 2,0E- 02 1,5E- 02 1,0E- 02 5,0E- 0 Équation de la courbe d étalonnage La courbe d étalonnage est une droite passant par l origine L absorbance est don fonction linéaire de la concentration en ions tétraamine cuivre II A 610 = K. C La constante de proportionnalité est déterminée à l aide de l outil modélisation du tableur On obtient A 610 = 60,87. C avec R² = 0, Détermination de la concentration de la concentration C" de la solution en ion tétraamine cuivre II de la solution S eau La mesure de l absorbance de la solution S eau donne A" 610=0,66 L équation de la courbe d étalonnage permet d écrire A.N. C" = A"!"# K K = 60,87 C" = 0,66 60,87 C" = 6,1. 10!! mol. L!! On peut trouver le même résultat par une simple lecture graphique (voir ci- dessus) 6. Quantité d ions nitrates contenue dans la prise d essai d eau polluée n = 2n"
5 or n" = C". V!"# A.N n = 2C". V!"# n = 2. 6,1. 10!! 100,0. 10!! n = 4,1. 10!! mol n!! = 4,1. 10!! mol 7. Concentration molaire C en ions nitrates de l eau polluée g) Exprimer la relation entre les quantités d ions n(mg!! ), n Ca!! et n Y!! versés à l équivalence! = n!! V! le volume de la prise d essai d eau polluée est V! = 5,0 ml 4,1. 10!!! = 5,0. 10!!! = 8,2 10!! mol. L!! 8. Concentration massique C m en ions nitrates de l eau polluée C! =! M(! ) = 8,2 10!! mol. L!! M! = M! + M! M! = 14,0 + 16,0 M! = 62,0 g. mol!! C! = 8,2 10!! 62,0 C! = 5,1 g. L!! 9. Potabilité de l eau polluée La limite supérieure de potabilité du point de vue de la concentration en ion nitrate est fixée légalement à 50 mg.l - 1 L eau polluée est donc impropre à la consommation car : C! > 50 mg. L!!
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