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On dispose d'une solution S1 contenant des ions Cu2+ aq. Pour déterminer la concentration en ion cuivre (II), on utilise un dosage qui met en jeu deux réactions successives.
Protocole expérimental :
On prélève un volume V1 = 20,0 mL de la solution S1 que l'on place dans un erlenmeyer, on ajoute une solution d'iodure de potassium ( K+aq + I-aq). ( Réaction 1). On dose ensuite le diiode formé I2 aq par une solution de thiosulfate de sodium ( 2 Na+aq + S2O32-aq. ( réaction 2 ).
L'erlenmeyer est placé sous une burette contenant la solution de thiosulfate de sodium telle que [S2O32-aq]
=0,40 mol/L. L'équivalence est repérée grâce à l'utilisation d'empois
d'amidon ajouté. Le volume de solution de thiosulfate ajouté est alors VE = 12,4 mL.
On donne les trois couples redox I2 / I-, Cu2+/Cu+ et S4O62- /S2O32-.
Pour chacune des réactions écrire les demi-équations électroniques ainsi que l'équation bilan.
2Cu2+ + 2e- =2 Cu+ ; 2 I- = I2 + 2e-.
Bilan : 2Cu2+ + 2 I- = I2 +2 Cu+. (1).
I2 + 2e- = 2 I- ; 2S2O32- = S4O62- + 2e-.
Bilan : I2 + 2S2O32- = S4O62- + 2 I-. (2).
Dans la réaction (1), il est nécessaire que l'ion iodure soit en excès par rapport aux ions cuivre (II). Justifier.
Lors d'un titrage en deux étapes, la solution titrante de la réaction (1) doit être en excès par rapport à la solution titrée.
Dans
le cas contraire on ne pourrait pas déterminer la concentration de la
solution titrée, tous les ions cuivre (II) n'auraient pas été réduits.
La méthode proposée constitue-t-elle un dosage direct ou indirect ? Justifier.
La méthode proposée fait appel à deux réactions chimiques successives et se déroule en deux étapes : c'est un dosage indirect.
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Quelle relation lie les quantités de matière de diiode n(I2) et d'ion cuivre II n(S2O32-) mises en jeu lors de la réaction 2.
I2 + 2S2O32- = S4O62- + 2 I-. (2).
Les nombres stoechiométriques conduisent à : n(S2O32-) = 2n(I2).
Quelle relation lie les quantités de matière de diiode n(I2) et d'ion cuivre II n(Cu2+) mises en jeu lors de la réaction 1.
2Cu2+ + 2 I- = I2 +2 Cu+. (1).
Les nombres stoechiométriques conduisent à : n(Cu2+) = 2n(I2).
En déduire la concentration [Cu2+] de la solution S1.
n(S2O32-) =[S2O32-aq] VE =0,40 *12,4 10-3 =4,96 10-3 mol.
n(I2) = ½ n(S2O32-) = 2,48 10-3 mol.
n(Cu2+) = 2n(I2) =4,96 10-3 mol dans 20,0 mL.
[Cu2+] =4,96 10-3 / 20,0 10-3 = 0,248 mol/L.
En réalité la solution S1 a été préparée par dissolution de sulfate de cuivre pentahydraté solide CuSO4, 5H2O de masse molaire M = 249,6 g/mol.
Une masse m = 15,6 g de ce produit est utilisée pour préparer un volume V = 250 mL de solution.
Déterminer la concentration en ion Cu2+aq de cette solution.
Quantité de matière d'ion cuivre (II) : n= m / M = 15,6 / 249,6 =0,0625 mol.
[Cu2+] = n / V = 0,0625 / 0,250 =0,250 mol/L.
Conclure sur la validité des dosages en justifiant.
Ecart relatif ( 0,250-0,248) *100 / 0,250 =0,8 %.
A 0,8 % près les résultats du dosage et de la préparation sont identiques. Le dosage est donc valide.
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