BTS CHIMISTE Session 2011 EPREUVE FONDAMENTALE DE CHIMIE - Pratique expérimentale - Durée : 6 heures Coef. : 7 SUJET N 4 FICHE DE CHOIX (à rendre) LISTE DE MATERIEL ET DE PRODUIT NECESSAIRES A LA MISE EN OEUVRE DU DOSAGE D UNE SOLUTION D EAU DE DAKIN Après avoir lu le texte du sujet, répondre aux questions suivantes (durée maximale 30 min). La calculatrice est interdite pour cette partie Le matériel convenable ne sera délivré qu après remise de cette feuille de choix. 1. Parmi les étalons proposés, cocher ceux qui permettraient l étalonnage de la solution d acide sulfurique : Hydrogénodiiodate de potassium Hydrogénocarbonate de potassium Hydrogénophtalate de potassium Acide benzoïque Dichromate de dipotassium Acide oxalique Tétraborate de disodium Carbonate de disodium 2. Décrire le matériel nécessaire pour le dosage par potentiométrie à intensité imposée en précisant la nature et le rôle des électrodes. 3. Décrire le matériel nécessaire pour le dosage ph-métrique en précisant la nature et le rôle des électrodes. 1/8
4. Proposer une valeur de longueur d onde de travail pour le dosage spectrophotométrique, en justifiant. 5. L eau de Dakin contient aussi des ions sodium. Indiquer une méthode possible pour doser ces ions. 6. Préciser la nature des réactifs nécessaires pour étalonner la solution de thiosulfate de sodium utilisée pour doser les ions hypochlorite de la solution d eau de Dakin (aucun calcul n est demandé pour cette question). 2/8
DOSAGE DE L EAU DE DAKIN L eau de Dakin est une solution antiseptique élaborée lors de la première guerre mondiale par le chimiste britannique H.D. Dakin et le chirurgien A. Carrel, qui ont mis à profit les propriétés bactéricides de l eau de Javel. En effet, l eau de Dakin est une solution d eau de Javel diluée, contenant plus exactement: - des ions hypochlorite ClO (C ClO 0,07 mol.l -1 ) - des ions chlorure Cl (C Cl 0,09 mol.l -1 ) - des ions hydrogénocarbonate HCO 3 (C HCO3 0,18 mol.l -1 ) - des ions permanganate MnO 4 (C MnO4 7,0 10-5 mol.l -1 ) ETALONNAGE TRAVAIL À EFFECTUER Étalonnage de la solution d acide sulfurique par pesées de l étalon disponible [volumétrie]. DOSAGES Dosage des ions chlorure par la solution de nitrate d argent [bipotentiométrie]. Dosage des ions hypochlorite par une solution de thiosulfate de sodium [volumétrie]. Dosage des bases présentes dans l eau de Dakin par la solution d acide sulfurique [phmétrie]. Dosage des ions permanganate [spectrophotométrie d absorption moléculaire]. MANIPULATIONS 1. Etalonnage de la solution d acide sulfurique à environ 0,05 mol.l -1 L étalonnage est effectué par pesées m de l étalon disponible, de masse molaire M. Deux essais concordants seront réalisés. Les volumes relevés à l équivalence seront notés respectivement V 1 et V 1. Q1- Ecrire l équation de réaction de dosage. Q2- Calculer la masse d étalon à peser pour obtenir un volume équivalent de l ordre de 15 ml. Q3- Etablir la formule littérale donnant C H2SO4, concentration en acide sulfurique de la solution à étalonner Q4- Justifier le choix de l indicateur coloré par une évaluation rapide du ph à l équivalence [aucune démonstration de formule n est demandée]. 3/8
2. Dosage des ions chlorure par la solution de nitrate d argent [bipotentiométrie] Diluer quatre fois la solution d eau de Dakin. Soit (S 1 ) la solution obtenue. Réaliser le montage permettant le suivi par bipotentiométrie (I = 5 µa) du dosage de E 2 = 10 ml de la solution (S 1 ) par une solution de nitrate d argent dont la concentration exacte C Ag sera indiquée par le centre d examen. Soit V 2 le volume versé à l équivalence. Q5- Etablir la formule littérale donnant C Cl, concentration en ions chlorure de la solution d eau de Dakin. Q6- Justifier l allure de la courbe obtenue à partir du faisceau de courbes intensité-potentiel donné en annexe 1, page 7/8. 3. Dosage des ions hypochlorite [volumétrie] par une solution de thiosulfate de sodium Dans un erlenmeyer rodé, introduire E 3 = 20 ml de la solution (S 1 ), 10 ml d une solution d iodure de potassium à 100 g.l -1 et 2 ml d acide sulfurique à 0,5 mol.l -1. Boucher et laisser reposer environ 5 min à l'obscurité. Doser par une solution de thiosulfate de sodium dont le titre exact C S2O3 est fourni par le centre d examen. Soit V 3 le volume de thiosulfate de sodium versé à l équivalence. Réaliser deux essais concordants. Q7- Écrire les équations des réactions se déroulant lors de ce dosage. Q8- Établir la formule littérale donnant C ClO, concentration totale en ions hypochlorite de la solution d eau de Dakin. Q9- L activité antiseptique d une solution d eau de Dakin est mesurée par son pourcentage de chlore actif. Ce pourcentage correspond à la masse de dichlore libéré lors de l ajout d une solution d acide chlorhydrique en excès à 100 g de la solution d eau de Dakin. Écrire l équation de la réaction précédente se produisant lors d un ajout d acide chlorhydrique à la solution d eau de Dakin et calculer le pourcentage de chlore actif de la solution. 4. Dosage des bases par la solution d acide sulfurique [ph-métrie] Le candidat pourra choisir, pour ce dosage, d utiliser un titrateur automatique Prélever E 4 = 5 ml de la solution d eau de Dakin et doser par la solution d acide sulfurique préalablement étalonnée. Soit V 4 le volume à l équivalence recherché. Q10- Écrire les équations de réaction se déroulant lors du dosage. Justifier le nombre de sauts observés. Q11- Établir la formule littérale donnant la concentration totale en bases présentes dans la solution d eau de Dakin. 4/8
Q12- En déduire C HCO3, concentration en ions hydrogénocarbonate de la solution d eau de Dakin. Q13- Conclure sur le rôle des ions hydrogénocarbonate en discutant des inconvénients rencontrés si la solution d eau de Dakin était trop acide ou trop basique. 5. Dosage des ions permanganate [spectrophotométrie d absorption moléculaire] On dispose pour ce dosage d une solution étalon (E) de permanganate de potassium de concentration 1,00 10-3 mol.l -1. Réaliser la série de fioles suivantes : Fiole N 0 1 2 3 4 Volume de (E) / ml 0 1 2 3 4 Volume d eau de Dakin / ml 25 25 25 25 25 Eau qsp 50 ml Le spectre A = f(λ) de la fiole n 4 est fourni en annexe 2, page 7/8. Mesurer l absorbance de chacune des solutions réalisées à la longueur indiquée par le centre en ayant pris soin de faire le zéro, à la longueur d onde indiquée par le centre. Q14- Rappeler la loi de Beer-Lambert, définir chaque terme et son unité. Préciser les conditions de validité de cette loi. Q15- Formuler une hypothèse qui permet de justifier l'utilisation de l'eau distillée pour réaliser le zéro. Q16- Déterminer la concentration molaire C i en ions permanganate provenant de la solution (E) dans la fiole F i. On pourra prendre comme exemple la fiole n 1. Q17- Déterminer C MnO4, concentration en ions permanganate de la solution d eau de Dakin. Expliquer le raisonnement utilisé. Q18- Expliquer, sans calcul, pourquoi la réaction entre les ions iodure et les ions permanganate en milieu acide (dont on écrira l équation), n a pas été considérée lors du dosage décrit en 3. 5/8
Borax Formule : Na 2 B 4 O 7, 10 H 2 O Masse molaire : 381,28 g.mol -1 Se dissocie dans l'eau en H 3 BO 3 et B(OH) 4 -. Dichlore Masse molaire : 70,9 en g.mol -1 Eau de Dakin Densité : 1,01 Produit de solubilité AgCl : pk s = 9,7 Constantes d acidité DONNÉES (à 25 C) H 2 O, CO 2 : pk A1 = 6,4 ; pk A2 = 10,2 H 3 BO 3 : pk A = 9,2 HClO pk A = 7,5 Acide phtalique : pk A1 = 2,9 ; pk A2 = 5,5 Acide oxalique: pk A1 = 1,2 ; pk A2 = 4,3 Acide benzoïque : pk A = 4,2 HCrO - 4 : pk A = 6,5 HIO 3 : pk A = 0,8 (peut être considéré comme un acide fort) L acide sulfurique est considéré comme un diacide fort Potentiels standards d oxydo-réduction (à ph = 0) par rapport à l ESH (en V) ClOH/Cl 2 (g) : 1,59 Cl 2 (g)/cl - : 1,36 MnO - 4 /Mn 2+ : 1,51 I 2 (aq)/i - : 0,54 S 4 O 2-6 /S 2 O 2-3 : 0,08 Indicateurs colorés acido-basiques Indicateur Couleur de la forme acide Zone de virage Couleur de la forme basique Hélianthine Rouge 3,1-4,4 Jaune Bleu de bromothymol Jaune 6,0-7,6 Bleu Phénolphtaléine Incolore 8,2-9,9 Fuschia Vert de bromocrésol Jaune 3,8-5,4 Bleu Rouge de méthyle Rouge 4,4-6,2 Jaune 6/8
Annexe 1 : faisceau de courbes intensité-potentiel i Ag(s) Ag + (aq) V> V E Ag(s)+ Cl - (aq) AgCl(s) V= V E E Ag(s) Ag + (aq) V< V E Ag(s)+ Cl - (aq) AgCl(s) Annexe 2 : spectre visible d une solution de permanganate de potassium 7/8
NOM : PRENOM : Numéro de poste : FEUILLE DE RÉSULTATS 1. Etalonnage de la solution d acide sulfurique (précision : 0,5 %) Masse d étalon pesée m = m = (si nécessaire) m = Volume à l équivalence Concentration calculée V 1 = V 1 = V 1 = Concentration retenue : C H2SO4 = ± 2. Dosage des ions chlorure (précision 1,5 %) V 2 = C Cl = Concentration retenue : C Cl = ± 3. Dosage des ions hypochlorite (précision : 0,8 %) V 3 = C ClO = V 3 = C ClO = Concentration retenue : C ClO = ± 4. Dosage des bases par la solution d acide sulfurique (précision : 1 %) V 4 = C bases = Concentration retenue : C bases = ± C HCO3 = ± 5. Dosage des ions permanganate (précision : 2 %) Fiole N 0 1 2 3 4 C i A Concentration retenue : C MnO4 = ± 8/8