Chapitre 4 : Dosage par étalonnage Activité 1 : Vanille et Vanilline Extrait du sujet de bac Nouvelle Calédonie Novembre 2016 Dosage spectrophotométrique de la vanilline dans un sachet de sucre vanillé Sur l étiquette du sachet de sucre vanillé, il est précisé l information suivante : «4% en masse de gousse de vanille». On souhaite vérifier cette information. Données : Formule brute de la Vanilline : C 8 H 8 O 3 Masses molaire : M(H) = 1,0 g/mol M(C) = 12,0 g/mol M(O) = 16,0 g/mol Protocole de préparation de la gamme étalon Dans une fiole jaugée de 1,00 L, introduire 100 mg de vanilline pure. Dissoudre complètement la vanilline et compléter jusqu au trait de jauge avec une solution aqueuse d hydroxyde de sodium. On obtient une solution mère notée F 0. Dans une fiole jaugée de 100,0 ml, introduire 1,00 ml de F 0 et compléter jusqu au trait de jauge avec la solution d hydroxyde de sodium. On note F 1 la solution fille obtenue. Préparer de même des solutions filles F 2 à F 6 en prélevant respectivement des volumes égaux à 2,0 ; 3,0 ; 4,0 ; 5,0 et 6,0 ml de F 0. Mesurer l absorbance A des six solutions pour une longueur d onde de 348 nm. À cette longueur d onde, seule la vanilline absorbe. Protocole de préparation de l échantillon de sucre vanillé Dans une fiole jaugée de 500 ml, introduire 1,0 g de sucre vanillé. Dissoudre complètement le sucre et compléter jusqu au trait de jauge avec la solution d hydroxyde de sodium. Mesurer l absorbance de la solution de sucre vanillé pour une longueur d onde de 348 nm. Résultats expérimentaux Solutions filles F 1 F 2 F 3 F 4 F 5 F 6 sucre vanillé Concentration (en µmol.l -1 )? 13 20 26 33 39? Absorbance A 0,175 0,342 0,510 0,670 0,851 1,020 0,241
D après La chimie expérimentale (Chimie organique et minérale) Romain BARBE, Jean-François LE MARÉCHAL Édition 2007 DUNOD 1. Montrer que la concentration de la solution mère F 0 est de 6,6 10 4 mol.l -1 puis en déduire la concentration de la solution fille F 1. Par définition de la concentration molaire en soluté apporté : Ce résultat est cohérent avec la valeur de donnée. La solution fille F 1 a été préparée par dilution. Solution mère : Solution fille : V 0 = 1,00 ml V 1 = 100,0 ml C 0 = 6,58 10 4 mol.l -1 C 1 =? Au cours d une dilution, la quantité de matière de soluté se conserve, n 0 = n 1 C 0.V 0 = C 1.V 1 2. Montrer à l aide des résultats expérimentaux que la masse de vanilline présente dans 1,00 g de sucre vanillé est d environ 0,7 mg. Option 1 : tracer le graphique, utiliser la valeur de l absorbance et en déduire la concentration : c = 9,3.10-6 mol/l On cherche comme indiqué. Option 2 : Quand elle est vérifiée, la loi de Beer-Lambert implique une relation de proportionnalité entre l absorbance et la concentration de l espèce qui absorbe : A = k.c.
Vu que le sujet ne demande pas tracer la courbe A = f(c), et qu il n y a ni papier millimétré fourni, ni annexe à rendre, nous allons vérifier qu il y a bien proportionnalité entre A et C : Solution filles F 1 F 2 F 3 F 4 F 5 F 6 Concentrations C 6,6 13 20 26 33 39 (en µmol.l -1 ) Absorbance A 0,175 0,342 0,510 0,670 0,851 1,020 (en L.µmol -1 ) 0,027 0,026 0,026 0,026 0,026 0,026 Le rapport étant sensiblement constant, on peut considérer que la loi de Beer-Lambert est vérifiée. Ainsi, par proportionnalité : (SV pour solution de Sucre Vanillé) On cherche comme indiqué. Toute démarche du candidat, même non aboutie, sera prise en compte. 3. Sachant qu un gramme de gousse de vanille peut contenir de 5 à 25 mg de vanilline, vérifier si la mention sur l étiquette est acceptable. Un gramme de gousse de vanille peut contenir de 5 à 25 mg de vanilline (énoncé). Les «4 % en masse de gousse de vanille» indiqués sur le sachet correspondent donc à une masse de vanilline comprise dans l intervalle mg La valeur trouvée à la question précédente (0,7 mg) est incluse dans cet intervalle : l indication est donc correcte. mg
Activité 2 : Le Sel dans les larmes artificielles Extrait du sujet de bac Métropole rattrapage 2011 L objectif de cet exercice est de vérifier la composition indiquée par le fabricant sur les doses de larmes artificielles. Données : Ø L équation de la réaction chimique de dissolution du chlorure de sodium dans l eau s écrit : NaCl(s) = Na + (aq) + Cl - (aq) Ø à la température ambiante, la dissolution est totale aux concentrations utilisées ; Ø masses molaires : M (Na) = 23,0 g.mol -1 M (Cl) = 35,5 g.mol -1. Dosage par étalonnage du chlorure de sodium dans les doses de larmes artificielles On dispose de dix solutions aqueuses de chlorure de sodium de différentes concentrations molaires C pour lesquelles on a mesuré leur conductivité s. Les résultats, regroupés dans le tableau ci-dessous, ont permis de tracer le graphe s = f ( C ) qui représente l évolution de la conductivité des solutions aqueuses de chlorure de sodium en fonction de leur concentration (FIGURE A6 DE L ANNEXE). N de la solution 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 Concentration molaire C (mmoi.l -1 ) 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0 10,0 Conductivité de la solution σ (ms.cm -1 ) 0,125 0,255 0,360 0,447 0,576 0,702 0,816 0,919 1,03 1,10 On dilue par un facteur 20 la solution des larmes artificielles. La valeur mesurée de la conductivité de la solution S ainsi obtenue est de 0,880 ms.cm -1. 1. Décrire le protocole détaillé permettant de préparer 50 ml de solution N 1 à partir de la solution N 5 supposée en quantité suffisante. On fait une dilution : c fille = 5,0.10-3 mol/l / V fille = 50 ml à partir de la solution : c mere = 1,0.10-3 mol/l le volume à prélever est : V mere = c fille V fille c mere = 5,0.10 3 50 1,0.10 3 =10 ml Protocole :
A l aide d une pipette jaugée de 10mL, on prélève 10mL de solution mère dans un bécher. On introduis cette solution dans une fiole jaugée de 50mL. On ajoute de l eau au 2/3, on agite, on ajoute de l eau jusqu au trait de jauge et on agite. 2. La FIGURE A6 DE L ANNEXE tirée de l expérience montre que l on peut modéliser l évolution des conductivités des solutions par une droite d équation s = k.c dans le domaine étudié. 2.1. Dans le cas des solutions diluées, exprimer la conductivité s d une solution aqueuse de chlorure de sodium en fonction des concentrations et des conductivités molaires ioniques de chaque espèce chimique présente en solution. La conductivité est la somme des conductivités ioniques molaires dans la solution multipliée par la concentration de chaque ion. (ici Na + et Cl - ) σ=λ (Na)[ Na]+λ (Cl)[Cl] or [Na] = [Cl] = c donc σ=(λ( Na)+ λ(cl))[cl] 2.2. Sachant que la dissolution du chlorure de sodium dans l eau est totale, montrer que l expression précédente est en accord avec l écriture s = k.c. D après l équation chimique de dissolution du chlorure de sodium dans l eau : NaCl(s) = Na + + Cl - si je met une quantité c dans l eau, il se forme une quantité c de Cl - donc l expression devient : σ=(λ(na)+λ (Cl))c donc σ=k c avec k =( λ(na)+ λ(cl)) 2.3. Déterminer la concentration molaire C en chlorure de sodium dans la solution diluée S. On tracer la droite graphiquement et on va lire la valeur correspond à l abscisse de la conductivité mesurée : c = 7,7.10-3 mol/l pour la solution diluée 20 fois. 2.4. Calculer la masse m(nacl) de chlorure de sodium dissous dans une dose de larmes artificielles et la comparer à celle indiquée sur l étiquette par le fabricant. La concentration de la solution non diluée est : c = 20 c = 1,5.10-1 mol/l d où n(cl)=c V =1,54.10 1 5,0.10 3 =7,7.10 4 mol On a n(nacl) = n(cl) donc : m( Nacl)=n(NaCl) M ( NaCl)=7,7.10 4 58,5=4,5.10 2 g cohérent avec les 0,045g de l étiquette. 2.5. Pourquoi a-t-on mesuré la conductivité d une solution de larmes diluée par un facteur 20 et non par un facteur 10? Si on avait pas dilué, la conductivité serait 20 fois trop élevée : mesure impossible pour les conductimètres (ils saturent) Il aurait fallu modifier la gamme de solutions étalons car la concentration de la solution inconnue doit être comprise dans la gamme de solutions étalons.