NOM du candidat :... BTS CHIMISTE Code Sujet : CHEXP-P05 Session 2006 Prénom :... N d'inscription :... EPREUVE FONDAMENTALE DE CHIMIE - Pratique expérimentale - Durée : 6 heures Coef. : 7 SUJET N 5 FICHE DE CHOIX LISTE DE MATERIEL ET DE PRODUITS NECESSAIRES A LA MISE EN ŒUVRE DU DOSAGE DE LA SOLUTION (S) CONTENANT DE L EAU DE JAVEL ET DU CHLORURE DE SODIUM 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. Pour chacun des dosages suivants, donner un indicateur coloré à utiliser. 1.1. Dosage des ions hypochlorite de la solution (S) par la solution de thiosulfate de sodium 1.2. Etalonnage de la solution de nitrate d argent 2. Pour chacun des dosages suivants, indiquer quels sont les appareils nécessaires ainsi que les électrodes en précisant si ce sont des électrodes de mesure ou de référence. 2.1. Etalonnage de la solution de thiosulfate de sodium par pesée de dichromate de potassium [potentiométrie à intensité imposée]. 2.2. Dosage des ions chlorure de la solution (S) par la solution de nitrate d argent [potentiométrie à intensité nulle]. 1/8
ANALYSE D UNE SOLUTION (S) CONTENANT DE L EAU DE JAVEL ET DU CHLORURE DE SODIUM La solution (S) : L eau de Javel est un mélange théoriquement équimolaire d hypochlorite de sodium et de chlorure de sodium. La solution (S) est composée de : - eau de Javel : C 0,05 mol.l -1 - chlorure de sodium : C 0,02 mol.l -1 Pour l analyse de la solution (S), il sera utilisé : - une solution de nitrate d argent : C Ag 0,08 mol.l -1 - une solution de thiosulfate de sodium : C thio 0,08 mol.l -1 - une solution étalon d ions Na + : C E = 1,0 10-3 mol.l -1 PLAN DE TRAVAIL 1. Etalonnage de la solution de thiosulfate de sodium par pesée de dichromate de potassium [potentiométrie à intensité imposée]. 2. Dosage des ions hypochlorite de la solution (S) par la solution de thiosulfate de sodium par la méthode de Bunsen [volumétrie]. 3. Etalonnage de la solution de nitrate d argent par le chlorure de sodium [volumétrie]. 4. Dosage des ions chlorure de la solution (S) par la solution de nitrate d argent [potentiométrie à intensité nulle]. 5. Dosage des ions sodium de la solution (S) [photométrie de flamme]. 2/8
MANIPULATION 1. Étalonnage de la solution de thiosulfate de sodium par potentiométrie à courant imposé Le réseau de courbes intensité potentiel correspondant au dosage est fourni en annexe. Préparer 50 ml d une solution de dichromate de potassium titrant environ 0,016 mol.l -1 ; on note m 1 la masse de dichromate de sodium pesée. Prélever dans un erlenmeyer une prise d essai E 1 = 10 ml de la solution de dichromate de potassium préparée. Ajouter 10 ml d une solution d iodure de potassium à 10 %. Ajouter 4 ml d acide sulfurique au 1/10 ème. Boucher ; laisser reposer 10 minutes. Plonger les électrodes. Régler le montage de façon à obtenir, entre celles-ci, un courant de 1 µa. Cette valeur sera maintenue constante tout au long du dosage. Placer la solution de thiosulfate de sodium dans la burette et procéder au dosage ; soit V 1 le volume versé à l équivalence. Compléter la feuille de résultats. Questions Q1- Donner les équations des réactions mises en jeu lors de ce dosage. Q2- Donner l'expression littérale permettant le calcul de C thio. Q3- En utilisant le réseau de courbes fourni (annexe page 7/8), justifier l allure de la courbe obtenue. Q4- En utilisant le réseau de courbes fourni (annexe page 7/8), donner, en justifiant, l allure de la courbe obtenue si le dosage avait été réalisé par biampérométrie. 2. Dosage de l eau de Javel : méthode de Bunsen 2.1. Principe En milieu faiblement acide, l'acide hypochloreux, HOCl, est réduit en ions chlorure, Cl, par les ions iodure, I, en excès. Le diiode formé est dosé par la solution de thiosulfate de sodium. Le dosage est réalisé en présence d un indicateur coloré de fin de réaction. 2.2. Mode opératoire Introduire, dans l ordre, dans un erlenmeyer rodé : E 2 = 10 ml de la solution (S) ; 10 ml de solution d'iodure de potassium à 10 % et ajouter environ 100 ml d eau permutée ; ajouter 10 ml d une solution d acide éthanoïque diluée au 1/10 ème ; boucher et laisser reposer 30 minutes à l abri de la lumière. Doser par la solution de thiosulfate de sodium étalonnée. Soit V 2 le volume à l'équivalence. Effectuer deux essais concordants à 1 % près. Compléter la feuille de résultats. 3/8
Q5- Ecrire les équations des réactions mises en jeu lors de ce dosage Q6- Exprimer la concentration molaire volumique C ClO en ion hypochlorite. Q7- Le degré chlorométrique français ( chl) est égal au volume (exprimé en litres) de dichlore, Cl 2, que peut dégager, dans les conditions normales de température et de pression, un litre de solution d'eau de Javel, traité par de l'acide chlorhydrique en excès. Q7.1- Écrire l équation de la réaction des ions Cl avec les ions ClO en milieu acide. Q7.2- Exprimer le degré chlorométrique d de l eau de Javel en fonction de C ClO. Q8- Préciser à quel moment du dosage il faut introduire l indicateur. Q9- Expliquer pourquoi on ne peut pas faire ce dosage en milieu basique. 3. Étalonnage de la solution de nitrate d argent Peser avec précision une masse m 2 de cristaux de chlorure de potassium voisine de 0,1 g. Ajouter quelques gouttes d indicateur à la solution ainsi préparée ; procéder au dosage. Effectuer deux essais concordants. On appelle V 3 le volume relevé à l'équivalence. Q10- Ecrire l'équation de la réaction d'étalonnage. Compléter la feuille de résultats. Q11 Donner l'équation de la réaction qui se produit à l'équivalence et permet de repérer la fin du dosage. Q12- Donner, en justifiant qualitativement, les conditions sur le ph pour que ce dosage soit possible. Q13 Donner l'expression littérale de C Ag, concentration molaire de la solution de nitrate d'argent. 4. Dosage des ions chlorure de la solution (S) par potentiométrie à courant nul Introduire une prise d essai E 4 = 20 ml de solution (S) dans un bécher de 150 ml ; ajouter 50 ml d eau déminéralisée et 10 ml de tampon acétique de ph = 4.6. Plonger les électrodes convenables dans la solution. Titrer par la solution de nitrate d argent précédemment étalonnée. Tracer la courbe correspondante. On appelle V 4 le volume relevé à l équivalence. Compléter la feuille de résultats. Q14 - Écrire l équation de la réaction mise en jeu dans ce dosage. Donner l'expression littérale de C Cl, concentration en ions chlorure dans la solution (S). 4/8
5. Dosage des ions sodium du mélange Méthode : spectrométrie d émission de flamme par la gamme d étalonnage La solution (S) est à environ 0,13 mol.l -1 en ions sodium. On dispose d une solution (E) étalon de chlorure de sodium dont la concentration est exactement C E = 1,00 10-3 mol.l -1. Préparer la gamme étalon suivante dans des fioles de 100 ml, V E représentant le volume de solution (E) à introduire dans chaque fiole : Fiole n 1 2 3 4 V E / ml 5 10 15 20 Eau déminéralisée q.s.p 100 ml Diluer 100 fois la solution (S) à doser. Soit (S ) la solution obtenue. A partir de la solution diluée (S ), préparer deux fioles X et Y de 100 ml en prélevant les volumes V X et V Y et en complétant avec de l eau déminéralisée. Mesurer la réponse du spectromètre de flamme pour les fioles de la gamme étalon, puis pour les fioles X et Y. Tracer la droite d étalonnage donnant la réponse du spectromètre de flamme en fonction de la concentration des fioles en ions Na +. Q15- Rappeler succinctement le principe de la spectrométrie d émission de flamme. Q16- Calculer la concentration en ions Na + dans chacune des fioles de la gamme étalon. Détailler le calcul sur un exemple puis remplir la feuille de résultats. Q17- Calculer la valeur du volume maximal de la solution (S ) à prélever. Préciser les valeurs des volumes choisies pour V X et V Y. Q18- A partir des réponses pour les fioles X et Y, calculer la concentration C Na en ion Na + dans la solution (S). Détailler le calcul en donnant toutes les explications nécessaires pour une des deux fioles. 5/8
DONNEES (à 25 C) Masses molaires NaCl M = 58,44 g.mol -1 KCl M = 74,55 g.mol -1 K 2 Cr 2 O 7 M = 294,19 g.mol -1 Potentiels standard (par rapport à l'électrode standard à hydrogène) HOCl(aq) / Cl (aq) Cl 2 (g) / Cl (aq) Cr 2 O 2 7 (aq) / Cr 3+ (aq) Ag + (aq) / Ag(s) I 2 (aq) / I (aq) S 4 O 2 6 (aq) / S 2 O 2 3 (aq) 1,51 V 1,36 V 1,33 V 0,80 V 0,62 V 0,09 V Produits de solubilité AgCl(s) pks = 9,7 AgOH(s) pks = 7,8 Ag 2 CrO 4 (s) pks = 12,0 Constante d acidité HCrO 4 / CrO 4 2 pka = 6,4 HOCl / ClO pka = 7,5 Volume molaire dans les conditions normales de température et de pression V molaire = 22,4 L.mol -1 6/8
ANNEXE Faisceau de courbes intensité-potentiel (dosage du diiode par une solution de thiosulfate de sodium) V V e V < V e V = 0 7/8
FEUILLE DE RESULTATS NOM : PRENOM : 1- ETALONNAGE DE LA SOLUTION DE THIOSULFATE DE SODIUM. m 1 = g V 1 = ml C thio = ± mol.l -1 (précision 1,5 %) 2- DOSAGE DES IONS HYPOCHLORITE DE LA SOLUTION (S). Volume V 2 en ml C ClO en mol.l -1 : C ClO retenue = ± mol.l -1 (précision 1 %) 3- ETALONNAGE DE LA SOLUTION DE NITRATE D ARGENT. Masse m 2 en g Volume V 3 en ml C Ag en mol.l -1 C Ag retenue = ± mol.l -1 (précision 0,5 %) 4- DOSAGE DES IONS CHLORURE DE LA SOLUTION (S). V 4 = ml C Cl = ± mol.l -1 (précision 1 %) V - DOSAGE DES IONS Na + DE LA SOLUTION (S) PAR SPECTROPHOTOMETRIE. Fiole N 1 2 3 4 X Y C E (mol.l -1 ) R lue Concentration en ions Na + provenant de (S) dans les fioles : C X = C S = C Y = C S = Concentration en ions Na + dans la solution (S) : C Na = ± mol.l -1 (précision 2 %) Vérifier que cette concentration est compatible avec les résultats trouvés pour Cl - et pour ClO -. 8/8