EPREUVE FONDAMENTALE DE CHIMIE - Pratique expérimentale - Durée : 6 heures Coef. : 7 SUJET N 2 FICHE DE CHOIX

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1 BTS CHIMISTE Session 2001 EPREUVE FONDAMENTALE DE CHIMIE - Pratique expérimentale - Durée : 6 heures Coef. : 7 SUJET N 2 FICHE DE CHOIX LISTE DE MATERIEL ET DE PRODUITS NECESSAIRES A LA MISE EN ŒUVRE DU DOSAGE DE LA SOLUTION (S) CONTENANT DE L ACIDE CHLORHYDRIQUE, DU CHLORURE DE POTASSIUM, DU CHLORURE DE N ICKEL ET DU CHLORURE DE ZINC 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 Dosage des ions nickel(ii) et des ions zinc(ii) par la solution d EDTA disodique par potentiométrie à intensité nulle en présence du complexe HgY 2 Quel appareil de mesure doit-on utiliser? Quelles électrodes doit-on choisir? Dosage des ions chlorure par potentiométrie à intensité nulle Quel appareil de mesure doit-on utiliser? Quelles électrodes doit-on choisir? Calcul du volume de prise d essai de solution d hydroxyde de sodium Si la concentration de l acide chlorhydrique dans la solution (S) est voisine de 0,0100 mol.l -1, quel volume de prise d essai E 2 ml de solution (S) doit-on prélever pour obtenir un volume de chute de burette V 2 ml de solution d hydroxyde de sodium compris entre 10 et 15 ml? 1

2 DOSAGE D UNE SOLUTION (S) CONTENANT DE L ACIDE CHLORHYDRIQUE, DU CHLORURE DE POTASSIUM, DU CHLORURE DE N ICKEL ET DU CHLORURE DE ZINC Les concentrations approximatives dans la solution (S) sont : - ions nickel(ii) : c ~ 0,015 mol.l ions zinc(ii) : c ~ 0,015 mol.l acide chlorhydrique : c ~ 0,010 mol.l -1. ETALONNAGE TRAVAIL A EFFECTUER Etalonnage de la solution d EDTA disodique par pesées de nitrate de plomb(ii). DOSAGES Les ions nickel(ii) sont dosés par spectrophotométrie d absorption moléculaire en utilisant la méthode des ajouts dosés. Le mélange d ions nickel(ii) et d ions zinc(ii) est dosé par une solution d EDTA disodique. Le dosage est suivi par potentiométrie à intensité nulle en présence du complexe HgY 2. L acide chlorhydrique est dosé, par conductimétrie, par une solution étalonnée d hydroxyde de sodium. Les ions chlorure sont dosés, par potentiométrie à intensité nulle, par une solution étalonnée de nitrate d argent. MANIPULATIONS 1. DOSAGE DES IONS NICKEL PAR SPECTROPHOTOMETRIE D ABSORPTION MOLECULAIRE Les ions nickel(ii) sont dosés par spectrophotométrie d absorption moléculaire par la méthode des ajouts dosés. On dispose d une solution étalon (E) de chlorure de nickel(ii) de concentration exacte C = 0,100 mol.l -1. Dans une série de six fioles jaugées de 50 ml, introduire : Numéro de la fiole Volume de solution étalon (E) en ml Volume de solution (S) en ml Volume d eau Compléter à 50 ml Se placer à la longueur d onde λ = 394 nm. Faire le zéro sur de l eau distillée. Effectuer les mesures d absorbance A des différentes fioles. 2

3 Q1- Calculer la concentration molaire C i en ions nickel(ii) provenant de la solution E dans chaque fiole numérotée i. Tracer la courbe représentant A = f (C i ) Q2- En utilisant la loi de Beer-Lambert, montrer que A peut se mettre sous la forme A = a C i + b. Proposer, en justifiant, une méthode (graphique ou à l aide de calculs) pour déterminer la concentration en ions nickel C Ni de la solution (S). Q3- En déduire la concentration C Ni en ions nickel de la solution (S). 2. DOSAGE DES IONS NICKEL ET ZINC PAR POTENTIOMETRIE A INTENSITE NULLE 2.1 Etalonnage de la solution d EDTA disodique par pesées de nitrate de plomb(ii) Peser une masse m ~ 0,17 g de nitrate de plomb(ii). Introduire dans un erlenmeyer de 100 ml : - la masse de substance pesée, - 20 ml de tampon 5,2, - 6 à 8 gouttes d orangé de xylénol. Verser, à la burette, la solution d EDTA disodique jusqu au virage de l indicateur du violet au jaune. Soit V le volume d EDTA versé à l équivalence. Réaliser deux essais concordants. Q4- Ecrire l équation de la réaction de dosage. Q5- Expliquer, équations à l appui, le fonctionnement de l indicateur coloré. Q6- Quel est le rôle de la solution tampon? Q7- Exprimer la concentration C EDTA de la solution d EDTA en fonction de m, M,V. 3

4 2. 2 Dosage des ions nickel(ii) et des ions zinc(ii) par la solution d EDTA disodique par potentiométrie à intensité nulle Introduire dans un becher : - une prise d essai E 1 = 10 ml de solution (S), - environ 25 ml de tampon ammoniacal de ph 10, - 2 ou 3 gouttes de solution de complexe HgY 2. Plonger dans cette solution les électrodes convenables. Verser la solution d EDTA disodique à la burette. Tracer la courbe donnant la différence de potentiel E entre les deux électrodes en fonction du volume de solution d EDTA versé. Soit V 1 le volume versé à l équivalence. Q8- Ecrire les équations des réactions intervenant lors du dosage. Q9- Etablir la relation permettant de calculer la concentration totale C 1 en ions nickel(ii) et zinc(ii) dans la solution (S) en fonction de C EDTA, E 1, et V 1. Q10- Calculer la concentration en chlorure de zinc C ZnCl2 dans la solution (S). 3. DOSAGE DE L ACIDITE DE LA SOLUTION Doser par conductimétrie, l acide contenu dans la solution (S) par une solution d hydroxyde de sodium de concentration C NaOH voisine de 0,045 mol L -1 (la concentration exacte de la solution sera fournie par le centre d examen). Réaliser la prise d essai E 2 ml de solution (S) calculée dans la fiche de choix. Ajouter environ 300 ml d eau; verser la solution d hydroxyde de sodium. Tracer la courbe représentant la conductance en fonction du volume de chute de burette ; soit V 2 le volume à l équivalence. Q11- Ecrire l équation de la réaction. Q12- Expliquer l allure de la courbe obtenue. Q13- Exprimer la concentration C 2 en ions H + de la solution (S) en fonction de C NaOH, E 2 et V 2. En déduire la concentration C HCl en acide chlorhydrique de la solution (S). 4

5 4. DOSAGE DES IONS CHLORURE PAR POTENTIOMETRIE A INTENSITE NULLE Les ions chlorure de la solution (S) sont dosés par une solution de nitrate d argent de concentration C Ag voisine de 0,045 mol.l -1 (la concentration exacte de la solution sera fournie par le centre d examen). Introduire dans un becher : - une prise d essai E 3 = 10 ml de solution (S), - faire tremper les électrodes adéquates. Verser la solution de nitrate d argent. Tracer la courbe E = f (V AgNO3 ). Soit V 3 le volume à l équivalence. Q14- Ecrire l équation de la réaction de dosage. Q15- Etablir la relation donnant C Cl- en fonction de C Ag, E 3 et V 3. Calculer la concentration C Cl- en ions chlorure dans la solution (S). Q16- Calculer la concentration en chlorure de potassium dans la solution (S). 5

6 DONNEES (A 25 C) Masse molaire Pb(NO 3 ) 2 = 331,21 g.mol -1 Constantes d acidité de l acide éthylènediaminetétracétique (EDTA), symbolisé par H 4 Y pka 1 = 2,0 pka 2 = 2,7 pka 3 = 6,2 pka 4 = 10,3 Constantes de formation de complexe avec l anion EDTA : M n+ + Y 4- [MY] (n-4)+ Complexe NiY 2 ZnY 2 HgY 2 lg β 18,6 16,3 21,8 Produits de solubilité composé AgCl Zn(OH) 2 Ni(OH) 2 pks 9, Conductivités molaires ioniques limites (ms.m 2.mol -1 ) Ion H + K + Na + ½ Ni 2+ ½ Zn 2+ Cl HO Mobilité 35,0 7,3 5,0 5,0 5,3 7,6 19,8 Orangé de xylénol La couleur de l indicateur libre est orangé 6

7 NOM du candidat :... FEUILLE DE RESULTATS Prénom :... N d'inscription : Dosage des ions nickel(ii) de (S) par spectrophotométrie (précision 2 %) Numéro de la fiole Concentration molaire C en ions nickel de la solution E Absorbance A lue Concentration C Ni retenue : ± 2.1. Etalonnage de la solution d EDTA (précision 0,5 %) Masse de nitrate de plomb pesée (g) Volume d EDTA versé (ml) Concentration de l EDTA (mol.l -1 ) m V C m V C Concentration C EDTA retenue : ± 2.2. Concentration des ions nickel et zinc de (S) obtenue par potentiométrie à intensité nulle (précision 1 %) V 1 (ml) C 1 ± 3. Concentration C 2 en ions H + de la solution (S) obtenue par conductimétrie (précision 1, 5 %) V 2 (ml) C 2 ± 4. Concentration C Cl- en ions chlorure de la solution (S) obtenue par potentiométrie à intensité nulle (précision 1 %) V 3 (ml) C Cl- ± 7