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 2000 NOM du candidat :... Prénom :... N d'inscription :... 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) D ACIDE CHLORHYDRIQUE, CHLORURE DE CALCIUM(II) ET CHLORURE DE FER(III) Après avoir lu le texte du sujet compléter les cases 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 d EDTA disodique par pesées de zinc : Le dosage de l EDTA par la solution étalon d ions Zn 2+ est fait en milieu tampon, en présence de NET. Quel doit être approximativement le ph de la solution tampon utilisée? 2- Dosage des ions calcium(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 sont les électrodes à choisir? 3- Dosage des ions chlorure par biampérométrie : Quelles sont les électrodes à choisir? Quelle est la grandeur physique mesurée lors de ce dosage? Sujet 2 1/9

2 DOSAGE D UNE SOLUTION (S) CONTENANT DE L ACIDE CHLORHYDRIQUE, DU CHLORURE DE CALCIUM(II) ET DU CHLORURE DE FER(III) PLAN DE TRAVAIL La solution (S) a une concentration approximative de mol.l -1 en acide chlorhydrique, mol.l -1 en chlorure de calcium et mol.l -1 en chlorure de fer(iii). DOSAGES : Les ions fer(iii), après réduction en ions fer(ii), sont dosés par spectrométrie d absorption moléculaire en présence d orthophénanthroline par la méthode de la gamme d étalonnage. Les ions calcium sont dosés par une solution étalonnée d EDTA disodique ; le dosage est suivi par potentiométrie à intensité nulle en présence du complexe HgY 2-. Les ions chlorure sont dosés par une solution étalonnée de nitrate d argent ; le dosage est suivi par biampérométrie. ETALONNAGES : La solution d EDTA est étalonnée par une solution étalon d ions Zn 2+ préalablement préparée. La solution de nitrate d argent est étalonnée selon la méthode de Mohr par une solution étalon de chlorure de sodium fournie. MANIPULATIONS 1- DOSAGE DES IONS FER(III) PAR SPECTROMETRIE D ABSORPTION 1-1 Préparation de la gamme d étalonnage On dispose d une solution étalon (E) contenant exactement ρ 0 = 0,0500 g.l -1 de fer. Dans une série de six fioles jaugées de 50 ml, introduire dans l ordre : Fiole F 0 F 1 F 2 F 3 F 4 F 5 Solution étalon (ml) Acide chlorhydrique à 6 mol.l -1 (ml) Solution de chlorure d hydroxylammonium (ml) Solution d éthanoate de sodium (ml) Solution d orthophénanthroline (ml) Eau déminéralisée q.s.p. 50 ml Agiter, laisser réagir au moins quinze minutes avant de faire les mesures. Effectuer les mesures d absorbance à la longueur d onde λ== 510 nm. Sujet 2 2/9

3 1-2 Dosage des ions fer(iii) de la solution (S) Préparer deux solutions, appelées (X 1 ) et (X 2 ) selon le mode opératoire ci-dessous. Introduire dans deux erlenmeyers de 50 ml : - une prise d essai : E 1 = 2 ml de solution (S) pour le premier erlenmeyer E 2 = 3 ml de solution (S) pour le deuxième erlenmeyer - 2 ml d acide chlorhydrique à 6 mol.l -1-4 ml de solution de chlorure d hydroxylammonium Chauffer au bain-marie bouillant pendant vingt minutes. Ajouter, après chauffage, 20 ml de solution d éthanoate de sodium et 4 ml de solution d orthophénanthroline. Laisser réagir dix minutes. Refroidir, transvaser quantitativement le contenu de chaque erlenmeyer dans une fiole jaugée de 50 ml et compléter au trait de jauge avec de l eau déminéralisée. Effectuer les mesures d absorbance des deux solutions (X 1 ) et (X 2 ) dans les mêmes conditions que celles de la gamme. Questions Q1-Calculer la concentration massique en fer, ρ, des cinq solutions diluées obtenues à partir de la solution étalon (E) et compléter le tableau de la feuille de résultats. Tracer la courbe représentant l absorbance en fonction de la concentration massique en fer. Q2-Justifier le choix des volumes E 1 et E 2.. Q3-Calculer la concentration molaire en fer(iii) de la solution (S). Remplir la feuille de résultats et joindre la courbe. 2- DOSAGE DES IONS CALCIUM(II) PAR COMPLEXOMETRIE 2-1 Étalonnage de la solution d EDTA disodique par pesées de zinc (C EDTA 0,05 mol.l -1 ) 2-1-a Préparation d une solution étalon d ions zinc(ii) : Introduire dans un bécher une masse m (g) de zinc pur pesée avec précision. Sous la hotte, attaquer le zinc par une solution d acide nitrique à 7 mol.l -1 jusqu à dissolution totale (environ 15 ml d acide pour 1 g de zinc). Porter au voisinage de l ébullition pour chasser les oxydes d azote. Refroidir et transvaser quantitativement dans une fiole jaugée de 100 ml. Ajuster avec de l eau déminéralisée et homogénéiser. 2-1-b Dosage de la solution d EDTA disodique Introduire dans un erlenmeyer : - une prise d essai E 3 = 10 ml de solution étalon d ions Zn ml d eau déminéralisée - 20 ml du tampon convenable - une pointe de spatule de NET Verser à la burette la solution d EDTA disodique jusqu au virage ; soit V 3 le volume à l'équivalence. Faire deux essais. Sujet 2 3/9

4 Questions : Q4-Ecrire l équation bilan de la réaction du dosage de l EDTA disodique par Zn 2+. Q5-Expliquer le fonctionnement de l indicateur et justifier le choix du tampon utilisé. Q6-Exprimer la concentration molaire de la solution d EDTA disodique en fonction de m, M (masse molaire atomique du zinc),u (volume de la fiole jaugée), E 3 et V 3. En déduire l ordre de grandeur de la masse m à peser. Remplir la feuille de résultats. 2-2 Dosage des ions calcium(ii) par la solution d EDTA disodique par potentiométrie à intensité nulle L addition de triéthanolamine permet le dosage des ions calcium en masquant les ions fer(iii). Introduire dans un bécher : - une prise d essai E 4 = 50 ml de solution (S) - environ 2 ml de triéthanolamine Agiter puis ajouter : - 30 ml de tampon ammoniacal - deux gouttes de solution du complexe HgY 2- Plonger le couple d électrodes convenable et tracer la courbe représentant la différence de potentiel entre les électrodes en fonction du volume de solution d EDTA disodique versé. Déterminer le volume à l'équivalence V 4. Questions Q7-Ecrire l équation bilan de la réaction du dosage des ions calcium par l EDTA disodique. Exprimer la concentration molaire en ions calcium de la solution (S) en fonction de C EDTA, E 4 et V 4. Q8-Pourrait-on doser les ions fer(iii) de la solution(s) avec la même électrode? Remplir la feuille de résultats et joindre la courbe. Sujet 2 4/9

5 3- DOSAGE DES IONS CHLORURE DE (S) 3-1 Étalonnage de la solution de nitrate d argent On dispose d une solution étalon de chlorure de sodium de concentration molaire, C Cl, voisine de 0,05 mol.l -1 (valeur exacte fournie par le centre d examen). Introduire dans un erlenmeyer : - E 5 = 10 ml de solution étalon de chlorure de sodium - 10 ml d eau déminéralisée - dix gouttes d une solution de chromate de potassium à 50 g.l -1 Verser le nitrate d argent jusqu au virage ; soit V 5 le volume à l'équivalence. Questions Q9- Rappeler brièvement le principe de la méthode de Mohr. Donner, en les justifiant, les conditions opératoires. Exprimer la concentration molaire de la solution de nitrate d argent en fonction de C Cl, E 5 et V 5. Remplir la feuille de résultats. 3-2 Dosage des ions chlorure par biampérométrie Dans un bécher, introduire : - une prise d essai E 6 = 5 ml de solution (S) Plonger le couple d électrodes convenable, ajouter la quantité nécessaire d eau déminéralisée et titrer par biampérométrie à E = 150 mv. Tracer la courbe représentant la grandeur mesurée en fonction du volume de solution de nitrate d argent versé. Déterminer le volume à l'équivalence V 6. Questions : Q10-En utilisant le faisceau de courbes intensité-potentiel fourni ci-après, prévoir l allure de la courbe obtenue lors du dosage des ions chlorure par le nitrate d argent par potentiométrie à intensité imposée non nulle. Q11-Donner l expression littérale de la concentration molaire des ions chlorure de la solution (S) en fonction de c Ag+, E 6 et V 6. Q12-Calculer les concentrations molaires en acide chlorhydrique, chlorure de calcium et chlorure de fer(iii) de la solution (S). Remplir la feuille de résultats et joindre la courbe. Sujet 2 5/9

6 DONNEES (A 25 C) Masses molaires : Fe M = 55,85 g.mol -1 Zn M = 65,37 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. Constante d acidité : HCrO 4 - /CrO 4 2- pka = 6,5 Constantes de formation de complexes avec l anion EDTA : M n+ + Y 4- (n 4) MY Complexe FeY - HgY 2- ZnY 2- CaY 2- log β 25,1 21,8 16,3 10,7 Noir Eriochrome T (NET) : L indicateur libre a des propriétés acido-basiques ; sa couleur dépend du ph du milieu réactionnel selon le diagramme suivant : H 3 R H 2 R - HR 2- R 3- ph 3,9 6,4 11,5 rouge rouge bleu orangé Le NET forme avec les ions Zn 2+ un complexe rouge bordeaux, ZnR -, moins stable que le complexe ZnY 2-. Produits de solubilité : AgCl pk S = 9,7 Ag 2 CrO 4 pk S = 12,0 AgOH pk S = 7,7 Constante : 2,3RT / F = 0,06 V Sujet 2 6/9

7 Courbes intensité potentiel relatives au dosage des ions chlorure i V < V eq Ag Ag + Ag + Cl - AgCl V = V eq E V > V eq Ag Ag + Ag + Cl - AgCl Sujet 2 7/9

8 FEUILLE DE RESULTATS 1- DOSAGE DES IONS FER(III) Fiole F 0 F 1 F 2 F 3 F 4 F 5 F X1 F X2 ρ=(g.l -1 ) A Concentration molaire en fer(iii) de la solution (S) : calculée à partir de X 1 : C 1 = calculée à partir de X 2 : C 2 = Concentration retenue : C Fe(III) = ± (précision : 2 %) 2-1 ETALONNAGE DE LA SOLUTION D EDTA DISODIQUE masse pesée (g) V 3 (ml) essai 1 : essai 2 : Concentration retenue : C EDTA = ± (précision : 0,8 %) 2-2 DOSAGE DES IONS CALCIUM V 4 (ml) = C 2+ = ± (précision : 1 %) Ca Sujet 2 8/9

9 3-1 ETALONNAGE DE LA SOLUTION DE NITRATE D ARGENT V 5 (ml) essai 1 : essai 2 : C + = ± (précision : 0,8 %) Ag 3-2 DOSAGE DES IONS CHLORURE V 6 = C - = ± (précision : 1 %) Cl CONCLUSION C FeCl 3 = ± C CaCl 2 = ± C HCl = ± Sujet 2 9/9