Epreuve pratique de chimie : titrages : concours aide technique de laboratoire

Aurélie 20/10/10

Epreuve pratique de chimie : titrages : concours aide technique de laboratoire.

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Préparation d'une solution de permanganate de potassium pour doser une solution de fer (II).
La préparation d'un volume de solution titrée à partir d'une substance commerciale s'effectue en quatre phases :
- préparation d'une solution trop riche, c'est à dire de concentration molaire légèrement supérieure à la concentration demandée
- étalonnage de cette solution trop riche
- ajustage de la concentration désirée par dillution
- dosage de contrôle.
Pour réagir le permanganate a besoin d'être en milieu acide sulfurique. On préparera d'abord un volume V' = 500,0 mL de solution environ 2 mol/L en acide sulfurique.
Sur la solution commerciale, on peut lire : H₂SO₄, M~98,10 g/mol, pureté ou titre massique 96 %, densité d = 1,83.
Quelles sont les précautions à prendre lors de l'utilisation de solution d'acide sulfurique concentrée ?
Port de blouse, gants et lunettes de sécurité et travail sous hotte aspirante.
Calculer la concentration en acide sulfurique de la solution commerciale.
Masse de 1 L : 1,83 kg = 1,83 10³ g. Dans 1 L, masse d'acide pur : 0,96 * 1,83 10³ =1,7568 10³ g.
Concentration en acide sulfurique : 1,7568 10³ / 98,1 = 17,9 ~18 mol/L.
Quel est le volume d'acide sulfurique commerciale que l'on doit prélever pour préparer 200 mL ?
Facteur de dilution F = concentration commerciale / concentration de la solution fille diluée
F = 18/2 = 9.
Volume de solution commerciale à prélever = volume de la solution fille diluée / F = 200 / 9 ~22 mL.

Quelle est la masse de permanganate de potassium solide que l'on doit peser pour préparer 200 mL d'une solution de concentration molaire exactement 0,050 mol/L ?
M(KMnO₄) = 39,1 + 54,9 +4*16 =158 g/mol
Quantité de matière KMnO₄ = volume ( L) fois concentration (mol/L)
n = 0,200*0,050 =0,010 mol
masse (g) = masse molaire ( g/mol) * quantité de matière (mol)
n = 158 *0,010 = 1,58 ~1,6 g.

On dose la solution de permanganate de potassium par pesée d'oxalate de sodium Na₂C₂O₄ en milieu acide sulfurique.
Ecrire la demi équation correspondant au couple MnO₄^-aq / Mn²⁺aq.
2 fois { MnO₄^-aq + 8H⁺aq + 5e^- = Mn²⁺aq +4H₂O }.
Ecrire la demi équation correspondant au couple CO₂ aq / C₂O₄^-aq.
5 fois {C₂O₄^2-aq =2 CO₂ aq + 2e^-}.
Ecrire l'équation de la réaction du permanganate sur l'oxalate.
2MnO₄^-aq + 16H⁺aq +5C₂O₄^2-aq = 10 CO₂ aq + 2Mn²⁺aq +8H₂O.
Ecrire la relation du dosage à l'équivalence. En déduire la masse d'oxalate de sodium ( M= 134,0 g/mol) pour avoir une chute de burette de 10 mL à 20 mL.
A l'équivalence, les quantités de matière des réactifs sont en proportions stoechiométriques : n(C₂O₄^2-) =2,5 n(MnO₄^-).
Volume de solution titrante 15 mL ( compris entre 10 et 20 mL)
(MnO₄^-) = 0,015*0,050 =7,5 10^-4 mol ; n(C₂O₄^2-) =2,5*7,5 10^-4 =1,875 10^-3 mol.
m = n(C₂O₄^2-) M = 1,875 10^-3*134 =0,2513 ~0,25 g.

On procède enfin au dosage de la solution S de fer (II) par la solution de permanganate.
Ecrire l'équation de ce dosage.
MnO₄^-aq + 8H⁺aq + 5e^- = Mn²⁺aq +4H₂O
5 Fe²⁺aq = 5 Fe³⁺aq + 5e^-.
MnO₄^-aq + 8H⁺aq +5 Fe²⁺aq = 5 Fe³⁺aq +Mn²⁺aq +4H₂O.
Donner la relation à l'équivalence et en déduire l'expression littérale de C_Fe en fonction de C_MnO4^- de la chute de la burette v_e et de la prise d'essai E de la solution S.
A l'équivalence, les quantités de matière des réactifs sont en proportions stoechiométriques : n(Fe²⁺) =5 n(MnO₄^-).
C_FeE =5 C_MnO4^- v_e ; C_Fe =5 C_MnO4^- v_e / E.

Préparations de solutions tampon.
Vous avez à votre disposition les solutions suivantes :
- acide acétique à environ 0,2 mol/L ; CH₃COONa en solution à 0,2 mol/L
KH₂PO₄ solide ( M = 136 g/mol) ; Na₂HPO₄ en solution à 0,2 mol/L ; solution de NH₄Cl à environ 0,2 mol/L.
Solution d'acide chlorhydrique à 0,1 mol/L et à 0,2 mol/L.
Solution de soude à 0,1 mol/L et à 0,2 mol/L.
Solution d'ammoniac à 1 mol/L.
Les caractéristiques des couples acido-basiques sont données :
H₃PO₄ / H₂PO₄^- : pK_a1 = 2,1 ; H₂PO₄^- / HPO₄^2- : pK_a2 = 7,2 ; HPO₄^2- / PO₄^3- : pK_a3 = 12,4 ;
NH₄⁺ / NH₃ : pK_a = 9,25 ; CH₃COOH / CH₃COO^- : pK_a = 4,75.
Comment préparer rapidement et simplement une solution tampon de pH voisin de 9 ?
La solution préparée ne sera pas trop diluée et son volume sera compris entre 50 et 100 mL environ.
NH₄⁺ / NH₃ : pK_a = 9,25 ; les quantités de matière d'ion ammonium et d'ammoniac doivent être à peu près identiques.
50 mL de solution de NH₄Cl à environ 0,2 mol/L : n(NH₄⁺) =50*0,2 =10 mmol.
10 mL de solution d'ammoniac à 1 mol/L : n(NH₃) = 10 * 1 =10 mmol.
Comment pourrait-on opérer pour ajuster la valeur de ce tampon à 10 ?
pH = 9,25 + log ( [NH₃] / [NH₄⁺] ).
En ajoutant de la solution d'ammoniac à 1 mol/L, le pH va croître lentement.

Titrage d'une solution contenant du chlorure de sodium ( Na⁺ + Cl^-) à environ 0,4 mol/L et de l'acide chlorhydrique ( H₃O⁺ + Cl^-) à environ 0,1 mol/L.
On dispose de la verrerie de laboratoire usuelle ainsi que du matériel physico-chimique suivant : pHmètre, conductimètre, millivoltmètre, électrodes.
Les solutions qui sont à votre disposition sont les suivantes : hydroxyde de sodium à 0,200 mol/L et solution de nitrate d'argent à 0,050 mol/L
Donner le protocole du titrage pour déterminer le titre exact en acide chlorhydrique et en chlorure de sodium.
Titrage acide base avec suivi pHmétrique pour déterminer le titre en acide chlorhydrique.
H₃O⁺aq + HO^-aq = 2H₂O.

Tracer la courbe pH= f( volume ajouté ) pour déterminer l'équivalence.
A l'équivalence C_acide = 0,200 V_{ajouté à l'équivalence} / 10.

Titrage par précipitation avec suivi conductimétrique pour déterminer le titre total en ion chlorure.
Ag⁺aq + Cl^-aq = AgCl(s).

Tracer la courbe conductivité = f( volume ajouté ). Cette courbe est constituée de deux segments de droites ; leur intersection donne le volume équivalent V_équi.
C_{chlorure totale} = 0,050 V_{ajouté à l'équivalence} / 10.
C_{chlorure de sodium} = C_{chlorure
totale} - C_acide.

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