DETERMINATION DE LA CONCENTRATION MOLAIRE EN SOLUTE D UN ANTISEPTIQUE ENONCE DESTINÉ A L ELEVE

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1 ENONCE DESTINÉ A L ELEVE NOM : Prénom : Ce sujet comporte 4 feuilles individuelles sur lesquelles l élève doit consigner ses réponses. L élève doit restituer ce document avant de sortir de la salle de TP. L élève doit agir en autonomie et faire preuve d initiative tout au long de l épreuve. En cas de difficulté et afin de lui permettre de continuer la tâche, l élève peut solliciter le professeur. Le professeur peut intervenir à tout moment s il le juge utile. L usage de la calculatrice est autorisé. CONTEXTE DU SUJET On dispose d une bouteille d antiseptique : le Dakin du laboratoire Cooper. Sa composition est la suivante : Hypochlorite de sodium : 0,500 g de chlore actif pour 100 ml Permanganate de Potassium : 0,0010 g pour 100 ml soit une concentration molaire de 6, mol.l -1 Dihydrogénophosphate de sodium dihydraté Eau purifiée Le but de cette épreuve est de vérifier la concentration molaire en ion permanganate du Dakin. Epreuve d ECE blanche Page 1 sur 8 LB

2 DOCUMENTS MIS A DISPOSITION DE L ELEVE Document 1 : données Loi de Beer-Lambert : A = εlc où A est l absorbance de la solution, ε le coefficient d extinction molaire (L.mol -1.cm -1 ), l la largeur de la cuve (1 cm) et c la concentration molaire (mol.l -1 ). On dispose de solutions aqueuses de permanganate de potassium de concentrations c différentes (la solution S 4 sera préparée à partir de la solution S 0 ) : solution S 0 S 1 S 2 S 3 S 4 S 5 concentration molaire c de soluté apporté (mol.l 1 ) 5, , , , , , La couleur du Dakin est due au permanganate de potassium (on pourra considérer qu elle est rouge). On précise également le cercle chromatique : Document 2 : liste du matériel disponible une pipette simple deux pipettes jaugées de 10 et 20 ml deux pipettes graduées de 10 et 20 ml une fiole jaugée de 100 ml deux béchers de 100 ml une poire à pipeter ou tout autre système un pot de confiture faisant office de poubelle une pissette d eau distillée un spectrophotomètre avec des cuves ainsi qu une notice explicative de son fonctionnement un flacon de 50 ml contenant la solution S 0 un flacon de 50 ml contenant la solution S 1 un flacon de 50 ml contenant la solution S 2 un flacon de 50 ml contenant la solution S 5 un flacon de 50 ml contenant la solution de Dakin une feuille de papier millimétré Epreuve d ECE blanche Page 2 sur 8 LB

3 TRAVAIL A EFFECTUER : 1. Elaboration d un protocole (15 min conseillées). Proposer les différentes étapes d un protocole permettant de préparer la solution S 4 puis de déterminer la concentration molaire en permanganate de potassium de la solution de Dakin à partir du matériel et des produits mis à disposition. Le raisonnement doit être explicité. La réponse peut comporter un schéma. APPEL n 1 Appeler le professeur pour lui présenter le protocole ou en cas de difficulté Epreuve d ECE blanche Page 3 sur 8 LB

4 2. Mise en œuvre du protocole proposé (30 min conseillées). Mettre en œuvre le protocole proposé. APPEL facultatif Appeler le professeur en cas de difficulté 3. Exploitation des résultats obtenus (10 min conseillées). Déterminer la concentration molaire de la solution de Dakin. Calculer l incertitude relative sur la valeur trouvée expérimentalement. APPEL facultatif Appeler le professeur en cas de difficulté Défaire le montage et ranger la paillasse avant de quitter la salle. Epreuve d ECE blanche Page 4 sur 8 LB

5 Niveau obtenu par compétence : REPÈRES POUR L ÉVALUATION Niveau A : l élève a réalisé l'ensemble du travail demandé de manière satisfaisante selon les critères précisés dans le sujet ou avec une ou deux interventions du professeur, concernant des difficultés identifiées et explicitées par l élève, ou bien concernant des difficultés non identifiées par l élève et auxquelles il apporte une réponse quasiment de lui-même. Niveau B : l élève a réalisé l'ensemble du travail demandé de manière satisfaisante selon les critères précisés dans le sujet mais avec quelques interventions du professeur concernant des difficultés ou erreurs non identifiées par le candidat mais résolues par celui-ci : après avoir réfléchi suite à un questionnement ouvert mené par le professeur ou par l apport d une solution partielle. Niveau C : l élève reste bloqué dans l avancement de la tâche demandée, malgré les questions posées par le professeur. Des éléments de solutions lui sont apportés, ce qui lui permet de poursuivre la tâche. Le niveau C est aussi obtenu quand deux tâches distinctes sont demandées et qu une solution totale est donnée sur les deux. Niveau D : l élève a été incapable de réaliser la tâche demandée malgré les éléments de réponses apportés par le professeur. Cette situation conduit le professeur à fournir une solution totale de la tâche : par exemple un protocole à réaliser ou des valeurs à exploiter pour permettre l évaluation des autres compétences du sujet. La compétence ANALYSER est évaluée lors de l appel 1. Le critère retenu pour l évaluation de la compétence ANALYSER est le suivant : concevoir un protocole expérimental. Le professeur évalue globalement ce que lui présente l élève. Il attend de la part de celui-ci : qu il propose un protocole expérimental pertinent, réalisable au laboratoire pour répondre à la question en justifiant ses choix. Ainsi l élève aura dû expliquer : que l on fait la dilution avec la pipette jaugée de 20 ml et la fiole jaugée ; que l on mélange bien la solution lors de la dilution ; que l on choisit la longueur d onde de travail en fonction de la couleur de la solution ; que l on effectue le «blanc» ; que l on mesure les absorbances des solutions et que l on se sert du graphe pour déterminer la concentration inconnue de la solution de Dakin. Exemples de solutions pour la dilution : Solution partielle On utilise la pipette jaugée de 20 ml et la fiole jaugée. Epreuve d ECE blanche Page 5 sur 8 LB

6 On utilise la pipette jaugée de 20 ml et la fiole jaugée. On place la solution S 0 dans la fiole jaugée, on ajoute de l eau distillée jusqu à environ la moitié, on bouche et on mélange. On complète ensuite jusqu au trait de jauge avec l eau distillée, on bouche et on mélange. Exemples de solutions pour la détermination de la concentration inconnue : Solution partielle 1 On donne à l élève la valeur de max = 530 nm. Solution partielle 2 On précise à l élève qu il faut faire le blanc. Solution partielle 3 On précise à l élève qu il faut tracer la courbe A = f(c). On choisit donc 530 nm comme longueur d onde. Il faut maintenant effectuer le «blanc», c est-à-dire éliminer l absorbance due au solvant et à la cuve. On remplit donc une cuve d eau distillée et on mesure son absorbance. On mesure donc les absorbances des solutions S 0 à S 5, puis celle de la solution de Dakin. On trace ensuite la courbe A = f(c). D après la loi de Beer-Lambert c est une droite. On place la valeur de l absorbance du Dakin sur celle-ci et on en déduit la valeur de la concentration en permanganate dans celle-ci. La compétence RÉALISER est évaluée en continu lors du titrage et un peu lors de l exploitation des résultats. Les critères retenus pour l évaluation de la compétence REALISER sont les suivants : suivre un protocole, respecter les règles de sécurité, organiser son poste de travail, utiliser le matériel de manière adaptée, effectuer des mesures avec précision, effectuer un calcul simple. L élève doit être capable : de suivre le protocole qu il a proposé ; d utiliser de manière adaptée le matériel à disposition ; d utiliser le spectrophotomètre correctement ; de tracer la droite de manière adaptée et d en déduire la concentration inconnue. Epreuve d ECE blanche Page 6 sur 8 LB

7 Exemples de solutions pour la dilution : Solution partielle On précise à l élève que l agitation de la fiole n a pas été réalisée. On fournit la solution S 4 préparée. Exemples de solutions pour la détermination de la concentration inconnue : Solution partielle On précise à l élève qu il a oublié une opération (régler max, faire «le «blanc» ). On règle le spectrophotomètre pour l élève. Solution partielle On fournit la courbe A = f(c). On fournit la valeur de la concentration en permanganate du Dakin. La compétence VALIDER est évaluée à la fin de la séance. Le professeur attend que l ensemble du travail ait été réalisé avant d associer un niveau à la compétence VAL. Les critères retenus pour l évaluation de la compétence VALIDER sont les suivants : exploiter des mesures, utiliser les symboles et unités adéquats, valider ou infirmer une information. Le professeur évalue globalement ce que lui présente l élève. Il attend de la part de celui-ci : qu il soit capable d utiliser la droite tracée pour en déduire la concentration c ; qu il calcule l incertitude relative. Le professeur fournit la valeur de c. Epreuve d ECE blanche Page 7 sur 8 LB

8 ÉLÉMENTS DE CORRECTION 1. Elaboration d un protocole Pour préparer la solution S 4 à partir de la solution S 0 on doit effectuer une dilution. La solution fille est 5 fois moins concentrée que la solution mère donc il faut utiliser une pipette jaugée dont le volume est 5 fois plus petit que celui de la fiole jaugée, soit la pipette jaugée de = 20 ml. On place la solution S 0 dans la fiole jaugée, on ajoute de l eau distillée jusqu à environ la moitié, on bouche et on mélange. On complète ensuite jusqu au trait de jauge avec l eau distillée, on bouche et on mélange. On effectue ensuite un dosage par étalonnage. On mesure l absorbance de chaque solution. Pour cela on utilise le spectrophotomètre. On doit dans un premier temps chercher la longueur d onde à laquelle on travaille. Elle dépend de la couleur de la solution. On nous dit dans le document 1 qu on peut la considérer comme rouge. Une solution absorbe la couleur complémentaire de la sienne. D après le cercle chromatique, la couleur complémentaire du rouge est le vert. On choisit donc 530 nm comme longueur d onde. Il faut maintenant effectuer le «blanc», c est-à-dire éliminer l absorbance due au solvant et à la cuve. On remplit donc une cuve d eau distillée et on mesure son absorbance. Le spectrophotomètre enlèvera cette valeur aux absorbances mesurées par la suite. On mesure donc les absorbances des solutions S 0 à S 5, puis celle de la solution de Dakin. On trace ensuite la courbe A = f(c). D après la loi de Beer-Lambert c est une droite. On place la valeur de l absorbance du Dakin sur celle-ci et on en déduit la valeur de la concentration en permanganate dans celle-ci. 3. Exploitation des résultats obtenus On trouve c = 6, mol.l -1. = = = 6, Epreuve d ECE blanche Page 8 sur 8 LB