Exercice 1: dosage ph-métrique

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1 DEVOIR SURVEILLE N 8 PHYSIQUE-CHIMIE Série S DURÉE DE L ÉPREUVE : 1h30 L usage d'une calculatrice EST autorisé Ce sujet comporte TROIS exercices présentés sur 3 pages numérotées de 1 à 3. Exercice 1: dosage ph-métrique

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3 Exercice 2: dosage par étalonnage L'eau de Dakin est un antiseptique utilisé pour le lavage des plaies et des muqueuses. Elle a une couleur rose et une odeur chlorée. L 'étiquette du flacon mentionne les principes actifs pour un volume V = 100 ml : «solution concentrée d'hypochlorite de sodium, quantité correspondant à 0,500 g de chlore actif permanganate de potassium 0,0010 g dihydrogénophosphate de sodium dihydraté eau purifiée». En outre, l'eau de Dakin contient des ions chlorure. Cet exercice propose de vérifier une partie des indications de l'étiquette. La question 1 est indépendante des questions 2 et 3. Données: Masses molaires atomiques M(O) = 16,0 g.mol -1 M(Na) = 23,0 g.mol -1 M(Cl) = 35,5 g.mol -1 M(K) = 39,0 g.mol -1 M(Mn) = 55,0 g.mol -1 Solubilité du dichlore à 20 C : - dans l'eau: 8 gl -1 - dans l'eau salée: très peu soluble. Volume molaire gazeux dans les conditions de l'expérience: V M = 24,0 L. mol Dosage par spectrophotométrie du permanganate de potassium en solution Afin de réaliser une échelle de teintes, on prépare un volume V 0 = 500 ml d'une solution mère S 0 de permanganate de potassium à la concentration molaire en soluté apporté c 0 = 1, mol.l -1. Calculer la masse de permanganate de potassium solide (de formule KMnO 4 ) à peser pour préparer cette solution par dissolution La solution S 0 permet de préparer une échelle de teintes constituée par cinq solutions dont on mesure l'absorbance A à la longueur d'onde 530 nm. Solution S 1 S 2 S 3 S 4 S 5 Concentration c (mol.l -1 ) 1, , , , , A 0,221 0,179 0,131 0,088 0,044 A (1 0 ª³ ) Courbe A = f(c) Déterminer la relation numérique entre A et c c (µmol / L)

4 À partir du spectre d'absorption ci-dessous (figure 1) réalisé avec une solution de permanganate de potassium, expliquer comment on a choisi la longueur d'onde pour cette étude Ce spectre a-t-il été réalisé avec une solution de concentration molaire plus élevée ou plus faible que celles du tableau précédent? Justifier sans calcul L 'absorbance de l'eau de Dakin à la longueur d'onde λ= 530 nm est 0,14. À cette longueur d'onde, et pour les concentrations des espèces chimiques de l'eau de Dakin, on admettra que seul le permanganate de potassium intervient dans la mesure de l'absorbance En déduire la concentration molaire c exp en permanganate de potassium apporté de l'eau de Dakin À partir des données de l'étiquette, calculer la concentration molaire c en permanganate de potassium apporté de l'eau de Dakin et comparer au résultat expérimental. Pour cela, on calculera c cexp si cela est nécessaire, l'écart relatif et on l'exprimera en pourcentage. c 2- Détermination de la masse de chlore actif Une définition de la masse de chlore actif correspond à la masse de dichlore dégagé lors de la transformation chimique modélisée par la réaction en milieu acide dont l'équation s'écrit : Cl (aq) + ClO (aq) + 2 H + (aq) = Cl 2 (g) + H 2 O(l) (1) Connaissant les deux couples oxydant/réducteur Cl 2 / Cl et ClO /Cl 2, écrire, dans le cas de cette réaction, la demi-équation associée respectivement à chaque couple Afin de vérifier l'indication de l'étiquette concernant la masse de chlore actif, on verse un excès d'acide chlorhydrique dans un volume V = 100 ml d'eau de Dakin. On réalise ainsi la transformation chimique modélisée par la réaction associée à l'équation (1). On recueille, sous la hotte, dans une cuve contenant de l'eau salée, un volume V = 170 ml de dichlore Justifier l'utilisation de l'eau salée pour la récupération du dichlore Calculer la masse de dichlore recueilli et la comparer à l'indication portée sur l'étiquette en calculant m mexp l'écart relatif et en exprimant celui-ci en pourcentage. m 3. Rôle du dihydrogénophosphate de sodium dihydraté. Dans l'eau de Dakin le dihydrogénophosphate de sodium permet de maintenir basique la solution. Donner une raison justifiant la nécessité de maintenir basique l'eau de Dakin.

5 Exercice 1: dosage ph-métrique CORRECTION DEVOIR SURVEILLE N 8 PHYSIQUE-CHIMIE

6 Exercice 2: dosage par étalonnage 1. Dosage par spectrophotométrie du permanganate de potassium en solution n m 1.1. c 0 V 0 M.V 0 m = c 0.V 0.M = 1, ,5 ( ) = 0,79 g La courbe obtenue est une droite passant par l origine d équation A = k.c k : coefficient directeur de la droite ; on prend deux points sur la droite O (0 ;0) et B (c B = 4, ; A B = 0,088) 0, k = = 2,2. 10 L.mol -1 A = 2, c 4, La longueur d onde choisie (530 nm) correspond au maximum d absorption d une solution de permanganate de potassium Pour λ = 530 nm, le maximum du spectre correspond à une absorbance de 2,0, soit environ 10 fois plus élevée que les absorbances mesurées. D'après la loi de Beer-Lambert, plus l absorbance est élevée, plus la concentration est élevée, le spectre a été réalisé avec une solution de concentration plus élevée A = 0,14 c exp = A / 2, = 6, mol.l c c c m 0,0010 c = = = 6, mol.l -1 M V 158 0,100 exp 6,3 6,4 = = 0,55% nous utilisons les valeurs non arrondies de c et c exp 6,3 La valeur obtenue expérimentale est bien conforme à l étiquette. 2. Détermination de la masse de chlore actif : Cl - (aq) = Cl 2 (g) + 2 e - 2 ClO - (aq) + 4H e - = Cl 2 (g) + 2 H 2 O(l) Le dichlore a une solubilité importante dans l eau (8 g.l -1 ) mais très peu soluble dans l eau salée. Si on veut récupérer du dichlore gazeux il vaut mieux utiliser de l eau salée V m M V 71,0 0,170 n = = m = = = 0,503g V M V 24,0 m 0,500 0,503 0,500 m = 0,58% Les résultats obtenus sont conformes à ceux donnés par l étiquette. 3. Rôle du dihydrogénophosphate de sodium dihydraté Si le milieu devient acide, alors la réaction (1) peut avoir lieu et on observerait un dégagement gazeux de dichlore. Ce qu'il faut absolument éviter car ce gaz peut être mortel.