BTS CHIMISTE Session 2004 NOM du candidat :... Prénom :... N d'inscription :... EPREUVE FONDAMENTALE DE CHIMIE - Pratique expérimentale - Durée : 6 heures Coef. : 7 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 LISTE DU MATERIEL ET DES INDICATEURS NECESSAIRES A LA MISE EN ŒUVRE DU DOSAGE DE LA SOLUTION (S) D ACIDE SULFURIQUE, DE SULFATE DE SODIUM ET DE SULFATE DE COBALT (II) Le matériel convenable ne sera délivré qu après remise de cette fiche. 1. Compléter les cases non grisées. SUJET N 2 DOSAGE METHODE CHOIX DE L INDICATEUR Etalonnage de la solution de soude Indicateur coloré par l acide oxalique CHOIX DES ELECTRODES ET ROLE DE CHACUNE Dosage de la solution (S) par la soude Etalonnage de la solution d EDTA par la solution de Zn 2+ ph-métrie Potentiométrie à courant non nul 2. Potentiométrie. Donner le nom de la grandeur mesurée en potentiométrie à courant non nul. Préciser son unité 3. Dosage complexométrique. Indiquer la couleur de Avant de verser la solution d EDTA : l indicateur Orangé de xylénol Après l équivalence : 1/6
ANALYSE D UNE SOLUTION (S) D ACIDE SULFURIQUE, DE SULFATE DE SODIUM ET DE SULFATE DE COBALT (II) On dispose : - d'une solution de soude de concentration voisine de 0,13 mol.dm -3 ; - d'une solution étalon d'ions Na + à 60,0 mg de sodium par dm 3 ; - d'une solution de sel disodique de l'acide éthylènediaminetétraacétique (Na 2 H 2 Y) ou EDTA ; - d'une solution de sulfate de zinc heptahydraté : ZnSO 4, 7 H 2 O à 10,00 g.dm -3 ; - d acide oxalique dihydraté solide : H 2 C 2 O 4, 2 H 2 O. Les ions cobalt (II), Co 2+, seront dosés par complexométrie, les ions H + par ph-métrie et les ions Na + par spectrométrie d'émission de flamme. Il faudra préalablement étalonner la solution de soude et la solution d EDTA. 1. Etalonnage de la solution de soude par pesée d'acide oxalique dihydraté. Méthode : visuelle (indicateur coloré). Dissoudre une masse m (calculée à la question Q3) d'acide oxalique dihydraté dans de l'eau distillée. Ajouter l indicateur convenable. Verser la solution de soude jusqu'au virage. On appelle V 1 le volume relevé à l'équivalence. Faire deux essais concordants. Q1 - Ecrire l'équation de la réaction de dosage. Q2 - Justifier le choix de l'indicateur. Q3 - Calculer la masse m d'acide oxalique dihydraté à peser pour obtenir une chute de burette voisine de 15 cm 3. Q4 - Exprimer C 1, concentration de la solution de soude. Remplir la feuille de résultats. 2. Dosage des ions H + de la solution (S) Méthode : ph-métrie. A une prise d'essai E 2 de 20 cm 3 de la solution (S), ajouter de l'eau distillée pour immerger les électrodes. Tracer la courbe de dosage ; arrêter dès que le volume versé est suffisant pour déterminer facilement les coordonnées du point équivalent. On appelle V 2 le volume relevé à l'équivalence. Q5 - Ecrire l'équation de la réaction de dosage. Q6 - Exprimer C H+ et C H2SO4 en fonction de V 2 et de C 1. Remplir la feuille de résultats et joindre la courbe. 2/6
Q7 - On donne ci-dessous la courbe complète de ce dosage obtenue par simulation. Préciser à quel phénomène correspond le second saut de ph. Ecrire, dans l'ordre où elles se produisent, les équations des réactions de dosage mises en jeu. ph V NaOH 3. Etalonnage de la solution d'edta à l aide de la solution de sulfate de zinc heptahydraté. Méthode : potentiométrie à courant imposé (i = 1 µa). A une prise d essai E 3 de 10 cm 3 de la solution de sulfate de zinc (concentration C Zn ), ajouter 20 cm 3 de tampon acétique (ph 5), une goutte de la solution du complexe HgY 2 et de l eau pour immerger les électrodes. Plonger les électrodes et tracer le graphe correspondant au dosage. On appelle V 3 le volume relevé à l'équivalence. Q8 - Ecrire l'équation de la réaction de dosage. Q9 - Exprimer C EDTA. Remplir la feuille de résultats et joindre la courbe. Q10 - Montrer qu'une électrode de mercure plongée dans une solution contenant les ions HgY 2 et Y 4 prend un potentiel qui dépend de [Y 4 ]. 3/6
4. Dosage complexométrique des ions Co 2+ Méthode : visuelle (avec indicateur). A une prise d'essai E 4 de 20 cm 3 de la solution (S), ajouter 25 cm 3 de tampon acétique (ph 5) et environ 100 cm 3 d eau distillée. Tiédir la solution vers 50 C et ajouter une pointe de spatule de l'indicateur orangé de xylénol. Verser la solution d'edta jusqu'au virage (on appelle V 4 le volume relevé à l'équivalence). Faire deux essais concordants. Q11 - Ecrire les équations successives de ce dosage, en faisant intervenir l indicateur (noté Ind). Préciser la couleur des espèces colorées. Q12 Préciser la condition nécessaire concernant les stabilités de [CoY] 2- et [CoInd] 2+ pour que le dosage soit possible avec cet indicateur. Q13 - Exprimer la concentration C 4, concentration des ions Co 2+ dans la solution (S). Remplir la feuille de résultats. Q14 - Proposer une autre méthode (sans utilisation d EDTA) pour doser des ions Co 2+. 5. Dosage des ions sodium Méthode : spectrométrie d'émission de flamme avec ajouts dosés. Préparer 5 fioles jaugées de 250 cm 3 selon le tableau ci-dessous ; V Na désigne le volume de solution étalon de Na + à introduire dans une fiole donnée. Fiole N 1 2 3 4 5 V Na / cm 3 0 5 10 15 20 Volume V / cm 3 de solution (S) 5 5 5 5 5 Eau déminéralisée q.s.p. 250 cm 3 Après avoir réglé le zéro de l'appareil avec de l'eau distillée, mesurer les intensités I 1, I 2, I 3, I 4 et I 5 correspondant à chaque fiole. Q15 - Calculer (en mg.dm -3 ) la concentration C a en sodium ajouté dans chaque fiole. Q16 - Tracer la courbe I = f (C a ) et déterminer C 5, concentration en ions sodium dans la solution (S), en mg.dm -3 puis en mol.dm -3. Expliquer la méthode utilisée. Remplir la feuille de résultats et joindre la courbe. 6. Conclusion. Q17 - Exprimer, en fonction des concentrations calculées, la concentration massique totale en ions sulfate. Remplir la feuille de résultats. 4/6
DONNEES (à 25 C) Constante d'acidité Acide oxalique, H 2 C 2 O 4 : pka 1 = 1,3 ; pka 2 = 4,3 Acide éthylènediaminetétraacétique, H 4 Y : pka 1 = 2,0 pka 2 = 2,7 pka 3 = 6,2 pka 4 = 10,3 Produit de solubilité Hydroxyde de cobalt (II) : Co(OH) 2 : pk S = 15,6 Indicateurs colorés Phénolphtaléine Bleu de bromothymol Rouge de méthyle Hélianthine zone de virage 8,0 < ph < 10 6,0 < ph < 7,6 4,2 < ph < 6,2 3,1 < ph < 4,4 Orangé de xylénol : - violet en présence d un cation métallique M 2+ - jaune lorsqu il est libre à ph voisin de 5. Masse molaires atomiques (g.mol -1 ) Na : 23,0 ; S : 32,0 ; O : 16,0 Masses molaires (g.mol -1 ) ZnSO 4, 7 H 2 O M = 287,54 H 2 C 2 O 4, 2 H 2 O M = 126,08 5/6
FEUILLE DE RESULTATS 1. Etalonnage de la solution de soude par pesée d'acide oxalique dihydraté (précision : 0,8 %). Essais m / g V 1 / cm 3 C 1 / mol.dm -3 C 1 retenue / mol.dm -3 1 2 3 (éventuellement) 2. Dosage des ions H + de la solution (S) (précision : 2 %) Volume de soude à l équivalence : V 2 = C H2SO4 = ( ± ) mol.dm -3 3. Etalonnage de la solution d'edta à l aide de la solution de sulfate de zinc heptahydraté. Volume d EDTA à l équivalence : V 3 = C EDTA = ( ± ) mol.dm -3 (précision : 1 %) 4. Dosage complexométrique des ions Co 2+ (précision : 1,5 %) Essais Prise d essai de (S) / cm 3 1 20 2 20 3 (éventuellement) 20 V EDTA V EDTA retenu C 4 retenue / mol.dm -3 / cm 3 / cm 3 5. Dosage des ions sodium (précision : 2 %) Intensité (unité arbitraire) C a / mg.dm -3 I 1 0 I 2 I 3 I 4 I 5 C 5 = ( ± ) mol.dm -3 6. Conclusion : concentration massique en ions sulfate dans la solution (S). ρ sulfate = g.dm -3. 6/6