I - Solutions Préparation d'une solution et dosage - TP Dosage spectrophotométrique - TP Extraction d'espèces - TP...

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1 Solutions

2 Table des matières I Solutions 3 Préparation d'une solution et dosage TP... 3 Exercice : Préparation d'une solution [** 100]... 3 LABO... 5 Dosage spectrophotométrique TP... 5 Exercice : Dosage spectrophotométrique [** 100']... 6 LABO... 8 Extraction d'espèces TP... 8 Exercice : Extraction d'espèces... 8 LABO Exercice : Dissolution du sulfate de magnésium Exercice : Dissolution du chlorure de magnésium Exercice : Dissolution et concentration Exercice : Mélange de solutions Solutions aqueuses Cours La dissolution et solubilité Cours Ressources annexes 13

3 Solutions Solutions I Solutions Dosage et préparation Concentrations Télécharger le pdf Préparation d'une solution et dosage TP Objectifs Apprendre à fabriquer une solution de concentration connue par dissolution d'un solide. Équilibrer des équations Initier au principe du dosage d'une solution par un réactif titrant Exercice : Préparation d'une solution [** 100] Le sel de Mohr [** 20'] Le sel de Mohr ou alun de fer(ii), est un solide ionique hydraté de formule chimique (NH ) Fe(SO ),6 H O Il est hydrosoluble et est formé des ions fer(ii), ammonium et sulfate. Il existe à l'état naturel, sous le nom de mohrite. «Wikipédia» Question 1 Que veut dire le terme hydrosoluble? Donner les formules des ions fer (II), sulfate et ammonium Calculer la masse molaire du sel de Mohr Indice : L'ion nitrate contient des atomes azote et hydrogène, c'est un cation qui possède une seule charge plus L'ion sulfate est un anion formé des atomes soufre et oxygène. La molécule est obligatoirement neutre. L'eau fait partie de la molécule, on doit donc la compter dans la masse molaire. 3

4 Exercice : Préparation d'une solution [** 100] Préparation de la solution [** 30'] On désire préparer 50 ml d'une solution aqueuse de sel de Mohr, de concentration molaire C = 2, mol.l1 On doit donc d'abord calculer la quantité de sel de Mohr à dissoudre. Question 2 4. Rappeler la définition de la concentration molaire En déduire la quantité de matière n de sel de Mohr à peser. Calculer alors la masse nécessaire m Préparer la solution en vous aidant du mode d'emploi (voir livre) Dosage [** 20'] On veut vérifier si la solution possède la bonne concentration, pour cela on va réaliser un dosage des ions fer. L'équation de la dissolution est donnée cidessous : Question 3 Équilibrer l'équation Si on dissout une mole de sel de Mohr, quelle sera la quantité de matière en ions fer obtenue? En déduire la quantité de matière en ion Fer que l'on devrait obtenir lors de la dissolution. Dosage des ions fer [*** 30'] Pour savoir si la solution a la bonne concentration, on va procéder à un dosage avec du permanganate de potassium, de formule (K +, MnO 4 ) et de concentration connue. La réaction d'oxydation a pour équation : L'ion permanganate est très coloré (violet) tandis que l'ion manganèse (Mn 2+ ) est incolore. Quand on effectue un dosage, on met le précisément le volume de réactif versé à l'équivalence. réactif titrant, ici le permanganate, dans une burette afin de connaître L'équivalence est réalisée quand les réactifs, les ions fer et le permanganate, ont été totalement consommés tous les deux. 4

5 LABO Question Équilibrer l'équation Sachant qu'on va doser une prise d'essai de 5 ml de sel de Mohr, quelle est la quantité de matière en ions fer prévisible? A partir de l'équation, et en utilisant éventuellement un tableau d'avancement, déduire la quantité d'ions permanganate nécessaire pour oxyder tous les ions fer. En déduire le volume de permanganate nécessaire. Venez effectuer le dosage à la paillasse du professeur. Indiquez le volume trouvé. La solution est correcte si le volume de permanganate de potassium versé est correct à 10% près. Que pensez vous de votre solution. Indice : Pensez à équilibrer aussi les charges électriques Utilisez la définition de la concentration molaire. Les coefficients de l'équation indiquent les quantités de matière mises en jeu. LABO Matériel Élèves Prof fiole jaugée 50 ml + bouchon pipette 5 ml 2 béchers balance 0,01 g + coupelle + spatule erlenmeyer 100 ml sel de Mohr solide 2 burettes 500 ml permanganate c = 10 3 M 2 turbulents pissette Dosage spectrophotométrique TP Objectifs Mettre en œuvre la loi de BeerLambert pour trouver la concentration d'une solution. Comprendre le principe du dosage par étalonnage. Préparer des solutions de concentrations connues et mesurer des absorbances. 5

6 Exercice : Dosage spectrophotométrique [** 100'] Exercice : Dosage spectrophotométrique [** 100'] Principe du dosage [* 20'] Une substance est colorée parce qu'elle absorbe un certain nombre de radiations dans le domaine du visible. L' absorbance est la grandeur qui mesure l'absorption d'une solution, on utilise pour cela un spectrophotomètre. Plus la solution est concentrée, plus l'absorbance est importante. Pour des concentrations pas trop importantes, l'absorbance suit la loi de BeerLambert. Spectrophotomètre L'eau de Dakin L'eau de Dakin est un liquide antiseptique utilisé pour le lavage des plaies et des muqueuses, de couleur rose et à l'odeur d'eau de javel. L'eau de Dakin est constituée d' hypochlorite de sodium (eau de javel diluée) additionnée de permanganate de potassium (KMnO 4). La composition du Dakin est donnée sur l'étiquette cidessous : 6

7 Exercice : Dosage spectrophotométrique [** 100'] Question 1 Le permanganate est une solution violette. Quelles sont les couleurs absorbées? Quel est le spectre d'absorption qui correspond à celui du permanganate de potassium? A B C D Indice : La couleur du permanganate est un mélange de rouge et de bleu. La couleur absorbée est toujours complémentaire de celle perçue. Protocole et mesures [** 80'] On se propose dans ce TP de vérifier que la concentration en permanganate indiquée sur l'étiquette est exacte. A partir d'une solution de permanganate de potassium de concentration connue, on prépare des solutions de concentrations plus faibles. On mesure l'absorbance de chaque solution et on trace la courbe Absorbance = f(concentration) D'après la loi de BeerLambert l'absorbance est proportionnelle à la concentration, donc à partir de l'absorbance de la solution initiale on peut déduire la concentration de l'eau de Dakin Question 2 4. Indiquer le mode opératoire. Préparer au moins 5 solutions différentes. Résumer dans un tableau les concentrations et les absorbances de toutes les solutions En déduire la concentration de l'eau de Dakin Comparer avec les indications de l'étiquette Indice : A l'aide du matériel fourni, on va préparer des solutions de concentrations molaires (c) différentes d'une solution de permanganate de potassium. On va mesurer pour chacune de ces solutions l' absorbance (A). On trace ensuite la courbe A = f(c) La mesure de l'absorbance de la solution de Dakin et la courbe doit nous permettre de trouver la concentration de la solution. Si l'absorbance de l'eau de Dakin se trouve hors de la courbe, imaginer une méthode permettant de résoudre cette difficulté. L'étiquette indique la concentration massique, il faut en déduire la concentration molaire en utilisant la masse molaire. 7

8 LABO LABO Matériel Élèves Prof fiole jaugée 50 ml + bouchon 2 spectrophotomètres pipettes 5 ml et 10 ml 2 béchers 1 cuve pour absorbance solution de permanganate c = M flacon de Dakin papier millimétré Extraction d'espèces TP Objectifs Comment séparer deux espèces en utilisant des propriétés physicochimiques Polarité des molécules Exercice : Extraction d'espèces La situation Un assistant peu efficace a malencontreusement mélangé du sulfate de cuivre (bleu) et du rouge de méthyle (rouge) Votre mission, si vous l'acceptez, consiste à séparer ces deux espèces. L'idéal est d'obtenir ces deux produits à l'état de poudre. Pour cela vous disposez de plusieurs solutions : eau, alcool (éthanol), cyclohexane. Question Questions : livre p 171 8

9 Exercice : Dissolution du sulfate de magnésium LABO Matériel Élèves Prof Boite de Pétri grande 3 béchers 1 erlenmeyer 100 ml flacon : éthanol pissette Solution mélange de rouge de méthyle et de sulfate de cuivre : 500 ml Cyclohexane sous hotte avec bécher 2 plaques chauffantes 4. Exercice : Dissolution du sulfate de magnésium On réalise une solution aqueuse en dissolvant du sulfate de magnésium solide dans de l'eau. Le dosage des ions sulfate de cette solution donne une concentration [SO 4 2 ]=5, mol.l 1 Question Écrire l'équation de dissolution. Quelle est la concentration en ions magnésium [Mg 2+ ]? Quelle a été la masse de sulfate de magnésium dissous dans 200 ml de solution? 5. Exercice : Dissolution du chlorure de magnésium On réalise une solution aqueuse en dissolvant du chlorure de magnésium solide dans de l'eau. Le dosage des ions chlorure de cette solution donne une concentration [Cl]=5,0.102 mol.l1 Question Écrire l'équation de dissolution. Quelle est la concentration en ions magnésium [Mg 2+ ]? Quelle a été la masse de chlorure de magnésium dissous dans 200 ml de solution? 6. Exercice : Dissolution et concentration On désire préparer une solution de nitrate de baryum de concentration c = 4,0.102 mol.l1 On dispose d'une balance précise à 0,01 g près, d'une fiole jaugée de 100 ml et d'une pipette de 10 ml. 9

10 Exercice : Mélange de solutions Question Comment peuton prévoir la charge électrique de l'ion Baryum? Sachant que la formule de l'ion nitrate est NO 3, En déduire la formule ionique du nitrate de baryum dissous. En déduire la formule brute du nitrate de baryum Écrire l'équation de dissolution. Calculer la masse nécessaire pour préparer la solution. Pourquoi ne peuton préparer la solution directement? Comment doiton procéder? 7. Exercice : Mélange de solutions Une solution aqueuse est obtenue en mélangeant 100 ml d'une solution de chlorure de fer III (solution S1) et 100 ml d'une solution de chlorure de zinc (solution S2). La formule du chlorure de zinc solide est ZnCl. 2 Le dosage des ions chlorure du mélange donne une concentration de 4, mol.l 1 et celui des ions fer une concentration de 1, mol.l Question Que contiennent respectivement les deux solutions S1 et S2? Quelles sont les propositions toujours exactes : [Zn 2+ ] > [Fe 3+ ] (1) [Cl] > [Zn 2+ ] (2) [Fe 3+ ] < 4, mol.l 1 (3) [Zn 2+ ] [Fe 3+ ] (4) Quelle est la quantité de matière en ions Fe 3+ dans S1? En déduire la concentration en ions fer dans S1 Quelle est la concentration en soluté de S1? Quelle était la concentration en soluté de S2? 8. Solutions aqueuses Cours Définition : Solution Une solution est un liquide contenant des espèces dissoutes (le ou les solutés) dans un solvant. Solvant : C'est le liquide dans lequel on a dissous le ou les solutés. Solutés : espèces chimiques solides, liquides ou gazeuses dissoutes. Exemple : Solutions l'eau salée : le solvant est l'eau, le soluté est le chlorure de sodium ; L'eau gazeuse : le solvant est l'eau et le dioxyde de carbone est le soluté ; 10

11 (cf. La dissolution et solubilité Cours l'eau de mer : contient de nombreux ions en particulier le chlorure de sodium ; Le vin : boisson complexe contenant de l'alcool Les sodas : contiennent du sucre (saccharose), des colorants, du gaz (dioxyde de carbone), des acidifiants (acide citrique, ascorbique, benzoïque) Solutions 9. La dissolution et solubilité Cours La dissolution C'est l'action de dissoudre une espèce chimique. Lors de l'introduction d'une espèce chimique dans un solvant, les atomes, ions ou molécules de l'espèce chimique se dispersent dans la solution et interagissent avec les molécules de solvant. On obtient une solution homogène Cette opération s'appelle la dissolution ou Exemple : Le chlorure de sodium (cf. p.13) * solvatation. Elle est de différente nature suivant le soluté et le solvant. p.13) est un solide cristallin formé d'ion chlorure Cl et sodium Na+. La dissolution provoque la dislocation du cristal. Les ions sont alors entourés par des molécules d'eau. [cf. Dissolution de NaCl] Définition : Solubilité La solubilité d'un soluté est la concentration massique maximale de celuici dans le solvant. Elle s'exprime en g/l Elle dépend de la nature du solvant et de la température. Remarque Toutes les phases (solide, liquide ou gazeuses) peuventêtre solubles : solide : sel dans l'eau liquide : éthanol dans l'eau gaz : dioxyde de carbone (eau gazeuse) 11

12 La dissolution et solubilité Cours Définition : Miscibilité C'est la propriété que possèdent 2 liquides de former un mélange homogène. On obtient donc un liquide ne comportement qu'une seule phase. Contrairement à la solubilité ce n'est pas une valeur numérique. 12

13 Ressources annexes Ressources annexes > Cristal de chlorure de sodium 13