CHEXP-M1 BTS CHIMISTE Session 2003 NOM du candidat :... Prénom :... N d'inscription :... EPREUVE FONDAMENTALE DE CHIMIE - Pratique expérimentale - Durée : 6 heures Coef. : 7 SUJET N 1 Après avoir lu le texte du sujet répondre aux questions suivantes (durée maximale 30 min). La calculatrice est interdite pour cette partie. FICHE DE CHOIX Le matériel convenable ne sera délivré qu après remise de cette feuille de choix LISTE DE MATERIEL ET DES INDICATEURS NECESSAIRES A LA MISE EN ŒUVRE DU DOSAGE D UNE SOLUTION DE CHLORURE DE CUIVRE (II) 1. Pour chacun des dosages suivants, préciser quel indicateur coloré doit être utilisé. 1.1 Étalonnage du thiosulfate de sodium. 1.2 Étalonnage du nitrate d argent. 2. Pour chacun des dosages suivants, indiquer quels sont les appareils de mesure nécessaires ainsi que la nature et le rôle des électrodes. 1.1 Dosage des ions cuivre (II) par biampérométrie. 1.2 Dosage des ions chlorure par potentiométrie à courant nul. 1/8
DOSAGE D UNE SOLUTION DE CHLORURE DE CUIVRE (II) La solution (S) a une concentration voisine de 0,04 mol.l -1. La solution de thiosulfate de sodium a une concentration voisine de 0,1 mol.l -1. La solution de nitrate d argent a une concentration voisine de 0,08 mol.l -1. DOSAGES : TRAVAIL A EFFECTUER Les ions cuivre (II) sont dosés par deux méthodes différentes : - à partir d une solution de thiosulfate de sodium (biampérométrie) ; - à partir d une solution étalon de chlorure de cuivre (II) (spectrophotométrie). Les ions chlorure sont dosés par une solution de nitrate d argent (potentiométrie à courant nul). ETALONNAGES : La solution de thiosulfate de sodium est étalonnée par une solution préparée par pesée d iodate de potassium. La solution de nitrate d argent est étalonnée par une solution préparée par pesée de chlorure de potassium. DOSAGE D UNE SOLUTION DE CHLORURE DE CUIVRE (II) 1 Étalonnage d une solution de thiosulfate de sodium (à environ 0,1 mol.l -1 ). Préparer deux solutions étalons de 100 ml à environ 0,02 mol.l -1 d iodate de potassium. Prélever dans un erlenmeyer une prise d essai E 1 = 10 ml de la solution d iodate de potassium. Ajouter 10 ml de solution d iodure de potassium à 100 g.l -1. Ajouter 10 ml de solution d acide sulfurique à 2 mol.l -1. Laisser reposer 5 minutes après avoir bouché l erlenmeyer. Titrer par la solution de thiosulfate de sodium en utilisant l indicateur de fin de réaction donné par le laboratoire. Soit V 1 le volume versé à l équivalence. Réaliser un essai par solution. Questions : Q1 Ecrire les équations des réactions mises en jeu dans ce dosage. Q2 Donner l expression littérale de la concentration C 1 de la solution de thiosulfate de sodium en fonction de la masse m 1 d iodate de potassium pesée, de la masse molaire M de l'iodate de potassium, du volume V de la fiole, de E 1 et de V 1. Remplir la feuille de résultats. 2/8
2 Dosage des ions cuivre (II) par la solution de thiosulfate de sodium : biampérométrie. Prélever dans un becher une prise d essai E 2 = 20 ml de solution (S). Ajouter 10 ml de solution d iodure de potassium à 100 g.l -1. Ajouter 10 ml de solution d acide sulfurique à 2 mol.l -1. Ajouter 100 ml d eau et laisser reposer 5 minutes. Placer les électrodes convenables et imposer une différence de potentiel de 25 mv. Titrer par la solution de thiosulfate de sodium. Tracer la courbe donnant l intensité du courant en fonction du volume de solution de thiosulfate de sodium versé. Soit V 2 le volume versé à l équivalence. Questions : Q3 Montrer que l'oxydant du couple Cu 2+ (aq)/cui(s) est plus fort que l'oxydant du couple I 2 (aq)/i (aq). Q4 Ecrire les équations des réactions mises en jeu dans ce dosage. Q5 Donner l expression littérale de la concentration en ions cuivre (II), C Cu, en fonction de la concentration de la solution de thiosulfate de sodium C 1, de E 2 et de V 2. Q6 Justifier l allure de la courbe obtenue. Q7 Donner l allure de la courbe obtenue si le dosage avait été réalisé par potentiométrie à courant imposé ; justifier la réponse. Remplir la feuille de résultats. 3 Dosage des ions cuivre (II) par spectrophotométrie. On dispose d une solution étalon (E) de chlorure de cuivre (II) à 1,00 10-2 mol.l -1 et d une solution d ammoniac à 1 mol.l -1. Préparer la gamme colorimétrique suivante : Fiole 0 1 2 3 4 Volume de solution (E) (ml) 0 5 10 15 20 Volume de solution d ammoniac (ml) 5 5 5 5 5 Eau déminéralisée Compléter à 50 ml Diluer la solution (S) au 1/5 : soit (S ) la solution obtenue. Dans deux fioles X et Y de 50 ml, préparer deux essais de la manière suivante : Fiole X : 15 ml de la solution (S ) ; Fiole Y : 20 ml de la solution (S ). Ajouter 5 ml de solution d ammoniac et compléter à 50 ml avec de l eau déminéralisée. Mesurer l absorbance A de chaque solution en fixant(longueur d'onde : 600 nm) en faisant le blanc sur la fiole 0. Tracer la courbe A = f(c Cu ). 3/8
Questions : Q8 Énoncer la loi de Beer-Lambert en précisant la signification de chaque terme et les limites de sa validité. Q9 Indiquer l'intérêt de l'ajout de la solution d ammoniac. Q10 Calculer les concentrations C Cu en ions cuivre (II), pour les fioles 1 à 4. Q11 Justifier le choix des prises d essai pour les fioles X et Y. 4 Étalonnage de la solution de nitrate d argent. Le dosage se fera par la méthode de Mohr. Remplir la feuille de résultats. Préparer une solution étalon de 100 ml à environ 0,1 mol.l -1 de chlorure de potassium. Prélever dans un erlenmeyer une prise d essai E 4 = 10 ml de la solution étalon de chlorure de potassium. Titrer par la solution de nitrate d argent en utilisant l indicateur de fin de réaction donné par le laboratoire. Soit V 4 le volume versé à l équivalence. Questions : Q12 Ecrire les équations des réactions mises en jeu dans ce dosage. Q13 Expliquer le fonctionnement de l indicateur de fin de réaction. Q14 Préciser pourquoi le dosage doit se faire en milieu neutre. Q15 Donner l expression littérale de la concentration en nitrate d argent C 4, en fonction de la concentration de la solution de chlorure de potassium C KCl, de E 4 et de V 4. Remplir la feuille de résultats 5 Dosage des ions chlorure par la solution de nitrate d argent : potentiométrie à courant nul. Prélever dans un becher une prise d essai E 5 = 10 ml de solution (S). Placer les électrodes convenables dans la solution. Titrer par la solution de nitrate d argent. Tracer le graphe correspondant Soit V 5 le volume versé à l équivalence. 4/8
Questions : Q16 Ecrire l équation de la réaction mise en jeu dans ce dosage. Q17 A partir du faisceau de courbes intensité-potentiel (annexe page 7/8), indiquer l allure de la courbe obtenue si le dosage avait été réalisé par biampérométrie. Q18 Donner l expression littérale de la concentration en chlorure C Cl- de la solution (S), en fonction de C 4, de E 5 et de V 5. Q19 Comparer les résultats obtenus avec ceux du 2- et du 3-. Conclure. Remplir la feuille de résultats. 5/8
DONNEES (à 25 C) Masses molaires KIO 3 : M = 214,01 g.mol -1 KCl : M = 74,55 g.mol -1 Produits de solubilité CuI(s) : pks = 12,0 AgCl(s) : pks = 9,8 Ag 2 CrO 4 (s) : pks = 12,0 AgOH(s) : pks = 7,8 Constante d acidité HCrO 4 / CrO 4 2 : pka = 6,4 Constantes de formation de complexe [Cu(NH 3 ) 4 ] 2+ lg β = 12,6 (maximum d absorption à 600 nm) Potentiels standard Cu 2+ (aq)/cu + (aq) IO 3 / I 2 (aq) : I 2 (aq) / I (aq) : S 4 O 2 6 (aq) / S 2 O 2 3 (aq) Ag + (aq) / Ag(s) : E = 0,16 V E = 1,19 V E = 0,62 V E = 0,09 V E = 0,80 V RT ln10/f = 0,06 V 6/8
ANNEXE Faisceau de courbes intensité-potentiel (dosage du diiode par une solution de thiosulfate de sodium) Faisceau de courbes intensité-potentiel (dosage des ions chlorure par une solution de nitrate d argent) 7/8
FEUILLE DE RESULTATS 1 Étalonnage d une solution de thiosulfate de sodium (précision 0,5 %). Masse de KIO 3 pesée /g Volume de solution de Concentration de la solution de thiosulfate versé / ml thiosulfate / mol.l -1 m 1 V 1 C 1 m 1 V 1 C 1 Concentration C 1 retenue : ± 2 Dosage des ions cuivre (II) par biampérométrie (précision 1 %). V 2 / ml C 2 = ± 3 Dosage des ions cuivre (II) par spectrophotométrie (précision 2 %). Fiole n 0 1 2 3 4 X Y Concentration en ions Cu (II) / mol.l -1 Absorbance Concentration C Cu dans (S) retenue : ± 4 Étalonnage de la solution de nitrate d argent (précision 0,5 %). Masse de KCl pesée / g Concentration de la solution de KCl / mol.l -1 Volume de solution de nitrate d'argent versé / ml m 4 C KCl V 4 Concentration C 4 de AgNO 3 : ± 5 Dosage des ions chlorure par potentiométrie à courant nul (précision 1%). V 5 = Concentration C Cl : ± 8/8