Objectif : Effectuer le traitement chimique d une solution dont la composition est représentative de déchets de travaux pratiques.

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1 OLYMPIADES DE LA CHIMIE 005 EPREUVE PRATIQUE DES ELIMINATOIRES REGIONALES POITOU-CHARENTES le février 005 Traitement de déchets minéraux "D'après la préparation aux olympiades de l'académie de Nancy-Metz ( ) : traitement des déchets minéraux". Durée : 3H00 Le port de la blouse et des lunettes est obligatoire Objectif : Effectuer le traitement chimique d une solution dont la composition est représentative de déchets de travaux pratiques. Données : Vous disposez d une solution notée «S» qui a été préparée à partir des quantités suivantes (pour un litre) :, mole de sel de Mohr (NH 4) Fe(SO 4),6H O 70 ml d acide sulfurique concentré (8 mol.l - ) 5,6.0-3 mole de dichromate de potassium K Cr O 7 Les espèces à éliminer sont donc les ions dichromate, les ions fer (III), les ions chrome (III) et les ions hydronium en excès. Le traitement de la solution s effectuera en trois étapes :. Réduction de l excès d oxydant par une solution de sulfite de sodium Na SO 3.. Neutralisation de l acide et précipitation des métaux par de l hydroxyde de sodium 3. Tests de contrôle : a) Vérification de l absence d ions chrome (VI) dans le filtrat noté «F» b) Comparaison des quantités de fer (III) dans la solution S et dans le filtrat F E (Cr O 7 - /Cr 3+ ) =,36 V E (Fe 3+ /Fe + ) = 0,77 V E (SO 4 - /SO aq) = 0,7 V pka (SO aq /HSO 3- ) =,9 pka (HSO 3- /SO 3 - ) = 7, M Na SO 3 = 6 g.mol - M NaOH = 40 g.mol - M Fe = 55,85 g.mol - Informations : toxicité des produits utilisés Dichromate de potassium K Cr O 7 : - Pur : T + très toxique, N Dangereux pour l environnement, R49 peut causer le cancer par inhalation, R46 peut causer des altérations génétiques héréditaires, R nocif par contact avec la peau, R5 toxique en cas d ingestion, R6 très toxique par inhalation, R37/38 irritant pour les voies respiratoires et la peau, R4 risque de lésions oculaires graves, R43 peut entraîner

2 une sensibilisation par contact avec la peau, R50/53 très toxique pour les organismes aquatiques, peut entraîner des effets néfastes à long terme pour l environnement aquatique. - C > 0,6 mol.l - :T +, R / ,7.0 - < C < 0,6 mol.l - : T, R ,4.0-3 < C <,7.0 - mol.l - : T, R49-46 Les rejets des installations classées pour la protection de l environnement sont limités à 0, mg.l - de chrome (VI) si le rejet dépasse g. jour - ( J.O. du 3 mars 998). Sels de chrome (III) : Contrairement aux composés de chrome (VI), les sels de chrome (III) ne sont pas cancérogènes dans les tests sur l animal. Cependant, comme le chrome (VI), le chrome (III) fait partie des substances allergisantes. Les rejets des installations classées pour la protection de l environnement sont limités à 0,5 mg.l - de chrome (III) si le rejet dépasse 5g. jour - (J.O. du 3 mars 998). Sels de fer (III) : Les rejets des installations classées pour la protection de l environnement sont limités à 5 mg/l si le rejet dépasse 0g. jour - ( J.O. du 3 mars 998). Hydroxyde de sodium : C>,3 mol.l - : C corrosif, R35 provoque de graves brûlures 0,5<C<,3 mol.l - : C corrosif, R34 provoque des brûlures 0,3<C<0,5 mol.l - : Xi irritant, R36/38 irritant pour les yeux et la peau Acide chlorhydrique : C> 9 mol.l - : C corrosif, R34 provoque des brûlures et R37 irritant pour les voies respiratoires 3<C<9 mol.l-: Xi irritant, R36/37/38 irritant pour les yeux, les voies respiratoires et la peau Acide sulfurique : C>,8 mol.l - : C corrosif, R35 provoque de graves brûlures 0,5<C<,8 mol.l - : Xi irritant, R36/38 irritant pour les yeux et la peau Mode opératoire :. Traitement de l oxydant Placer dans un erlenmeyer00 ml de la solution S Ajouter 6 à 8 gouttes de solutio n de diphénylaminosulfonate de baryum ( indicateur coloré) Verser à l aide d un compte gouttes la solution de sulfite de sodium à 00g.L- jusqu au virage. Noter le changement de coloration. Soit «S» la solution ainsi obtenue. La conserver pour la suite du traitement. Elimination de l acide excédentaire et précipitation des hydroxydes métalliques? Prélever à la pipette 5 ml de solution «S» Introduire les 5 ml dans un becher Ajouter 50mL d eau déminéralisée Placer dans une burette la solution de soude à mol/l Suivre le dosage par ph-métrie en versant la solution d hydroxyde de sodium par fractions de 0,5 ml jusqu à obtention d un ph =0.Tracer sur papier millimétré ph = f(v versé) Calculer le volume Vb de solution d hydroxyde de sodium versé pour atteindre un ph compris entre 9 et 9,5.

3 Calculer la quantité d hydroxyde de sodium (mol) nécessaire pour traiter le reste de la solution «S» puis la masse correspondante Ajouter la masse d hydroxyde de sodium à la solution «S» en maintenant sous agitation. (Attention aux éventuelles projections : la réaction est exothermique ). Laisser décanter la solution Ajouter une spatule d hydroxyde de calcium pour agglomérer le précipité Filtrer sur büchner et récupérer le filtrat «F» 3. Tests de contrôle 3. Vérification du ph du filtrat «F» Vérifier au papier ph que le milieu est basique (ph : 9-9,5) Coller le papier ph sur le document «résultat». 3. Vérification de l absence d ions chrome (VI) dans le filtrat Placer dans un tube à essai, un peu de filtrat «F» Ajouter quelques gouttes de solution de nitrate d argent à environ 0,05 mol.l Comparaison des quantités de fer(iii) dans la solution (S) et dans le filtrat (F). Les ions fer(iii) donnent avec les ions thiocyanates des complexes rouges en milieu acide. Les ions du chrome n interfèrent pas. Diluer la solution «S» au /00. Préparer 00 ml de solution diluée notée «D» Préparer deux fioles de 50 ml comme suit : Fiole F : 0 ml de solution «D» + 5 ml d acide chlorhydrique concentré (sous la hotte) + ml de solution de thiocyanate de potassium à 50 g.l - et compléter à 50mL avec de l eau déminéralisée. Fiole F : 0 ml de filtrat «F» + environ 5 ml d acide chlorhydrique concentré + ml de solution de thiocyanate de potassium à 50 g.l - et compléter à 50 ml avec de l eau déminéralisée. Comparer les colorations des deux fioles Mesurer l absorbance A et A des deux fioles à? = 480 nm. NOM : PRENOM : OLYMPIADES DE LA CHIMIE 005 EPREUVE PRATIQUE DES ELIMINATOIRES REGIONALES POITOU-CHARENTES Résultats et questions : I Traitement de l oxydant I- Ecrire les demi-équations redox correspondant aux couples Cr O 7 - /Cr 3+ et Fe 3+ /Fe +, en déduire la réaction ayant lieu entre les ions dichromate et le fer (II) Barème points

4 I- Sachant que le dichromate est en excès et que la réaction entre le dichromate et le fer (II) est totale, calculer les concentrations en ions dichromate, chrome (III) et fer (III) théoriques dans «S» Traitement de l oxydant (suite) I-3 Action de la solution de sulfite de sodium sur «S» I-3- Sous quelle forme se trouve la solution de sulfite de sodium en milieu très acide? I-3- Ecrire la demi-équation redox correspondant au couple SO 4 - /SO aq I-3-3 Ecrire la réaction entre les ions dichromate et la solution de sulfite de sodium I-3-4 Indiquer le changement de coloration de la solution lors de l ajout de la solution de sulfite de sodium à la solution «S». Justifier le changement de coloration sachant que les ions dichromates ont une coloration orange, les ions chrome (III) une coloration verte intense, les ions fer (III) une coloration brune et que l indicateur (diphénylaminosulfonate de baryum) est de couleur violette sous sa forme oxydée et incolore sous sa forme réduite. I-3-5 Calculer le volume théorique de solution de sulfite de sodium à 00 g.l- à ajouter pour neutraliser les ions dichromates contenus dans les 00 ml de solution II Elimination de l acide excédentaire et précipitation des hydroxydes II- Donner les équations bilans correspondant à la neutralisation des ions hydronium et la précipitation des hydroxydes métalliques par la solution d hydroxyde de sodium II- Calculer le volume théorique de solution d hydroxyde de sodium à mol/l à utiliser pour une prise d essai de 5 ml de solution «S» de façon à obtenir un ph voisin de 9 Elimination de l acide excédentaire et précipitation des hydroxydes (suite) II-3 Tracer ph = f(v NaOH versé) II-4 Déterminer graphiquement le volume de solutio n d hydroxyde de sodium versé (Vb) pour obtenir un ph compris entre 9 et 9,5 II-5 Calculer la masse d hydroxyde de sodium en pastille nécessaire pour traiter le reste de la solution «S» 3 Barème Points III Tests de contrôle

5 III- Indiquer le ph du filtrat et coller le papier ph III- Vérification de l absence d ions chrome(vi) dans le filtrat «F» Les ions dichromate CrO7 - sont en équilibre dans l eau avec les ions hydrogénochromate HCrO 4 - Ecrire cette réaction : L ion hydrogénochromate est un acide faible, sa base conjuguée étant l ion chromate CrO 4 - Ecrire la réaction dans l eau : Tests de contrôle (suite) En présence d ions argent, les ions chromate forment un précipité rouge brique de chromate d argent. Ecrire l équation-bilan correspondant à cette précipitation : A quoi correspond le précipité obtenu lorsque l on verse quelques gouttes de solution de nitrate d argent dans le filtrat «F» III-3 Comparaison des quantités de fer(iii) dans la solution «S» et dans le filtrat «F» Noter les valeurs des absorbances A et A obtenues et conclure. En supposant que les interférences sont négligeables et que la loi de Beer- lambert ( A = e. L. [Fe(SCN) 3] avec e.l = constante) est vérifiée. Calculer la concentration molaire en fer (III) dans le filtrat puis sa concentration massique III- Manipulation Barème Points? Soin, Propreté Organisation Sûreté d exécution Rapidité Manipulation du matériel 0.