Aurélie 01/02

conductimétrie

échelle de conductivité

chlorure de potassium

mélange : NaOH et NaCl

réaction acide base

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En vu de construire une échelle de conductivité molaire ionique,on mesure dans les mêmes conditions les conductances de solutions électrolytiques de même concentration c =2 10 -3 mol.L. On obtient les résultats suivants :

NH4Cl
KCl
KNO3
HNO3
NH4NO3
KClO4
G (mS)
306
306
296
859
296
288

  1. Classer les anions puis cations par conductivité ionique croissante. Justifier.
  2. On indique que pour une solution de conductivité s =120 mS.m-1, on a mesuré une conductance G = 1224 µS.
    - Calculer la constante de la cellule G =     s S/L.
    - La conductvité molaire ionique de l'ion K+(aq) est 73.5 10-4 S.m².mol . Calculer les conductivités molaires ioniques des autres ions.     
corrigé
conductance G(S) et conductivité s (S.m-1) sont proportionnelles

G = k s (K en m : cte de la cellule)

classement des anions :

électrolytes ayant le même cation par exemple K+.

les conductances de KCl ; KNO3 et KClO4 conduisent au classement : Cl- > NO3- > ClO4-

classement des cations :

H3O+ conductivité très supérieure à celles des aux autres cations

les conductances de NH4Cl etKCl conduissent à : NH4+ et K+ conductivité comparable.

s =120 mS.m-1 = 0,12 S m-1 et G = 1224 10-6 S

k = 1224 10-6 / 0,12 = 0,01 m.

concentration en mol / m3 = 2 10-3 *1000 = 2 mol / m3.

méthode:

diviser G exprimée en S par k=0,01 pour trouver la conductivité de la solution :

pour KCl : 306 10-6 / 0,01 = 306 10-4 Sm-1.

306 10-4 = (l K+ + l Cl-) fois la concentration = (l K+ + l Cl-) *2

l K+ + l Cl- =30610-4 /2 = 153 10-4 Sm²/mol

l Cl- =(153 -73,5) 10-4 = 79,5 10-4 Sm²/mol .

NH4Cl
KCl
KNO3
HNO3
NH4NO3
KClO4
G (mS)
306
306
296
859
296
288
s (S.m-1)
306 10-4
306 10-4
296 10-4
859 10-4
296 10-4
288 10-4
l cation + l anion
153 10-4
153 10-4
148 10-4
429,5 10-4
148 10-4
144 10-4
153 10-4 =l NH4+ + l Cl- =l NH4+ + 79,5 10-4 d'où l NH4+ = 73,5 10-4 Sm²/mol .

148 10-4 =l K+ + l NO3- =73,5 10-4 + l NO3-d'où l NO3-= 74,5 10-4 Sm²/mol .

429,5 10-4 =l H+ + l NO3- =l H+ + 74,5 10-4 d'où l H+= 355 10-4 Sm²/mol .

14410-4 =l K+ + l ClO4- =73,5 10-4 + l ClO4- d'où l ClO4- = 70,5 10-4 Sm²/mol .


L'hypokaliémie désigne une carence de l'organisme en élément de potassium. Pour compenser rapidement cette carence, on peut utiliser une solution de chlorure de potassium, injectable par voie intraveineuse : le chlorure de potassium Lavoisier, par exemple,est composé de 20 mL contenant m grammes de chlorure de potassium

On veut determiner cette masse m. Pour cela, on réalise la manipulation suivante :

On ajoute, à l'aide d'une burette graduée, un volume V0 d'une solution de KCl de concentration C0 = 0,1 mol /L dans un volume Veau =500mL d'eau distillé. Après chaque ajout de la solution, on homogénéise puis on mesure a l'aide d'un montage conductimétrique, l' intensité qui circule dans la solution, la tension étant réglée à 1V. On obtient les résultats suivants :
V0(mL)
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
I (µA)
145
288
428
565
700
832
961
1088
1213
1335

  1. Montrer que la concentration de la solution de chlorure de potassium est C = C0 V0 /(V0 + Veau).
  2. Compléter le tableau de mesure en y faisant figurer C et la conductance G de la solution.
  3. Tracer G= f(c).
  4. Le contenu de l'ampoule a été dilué 200 fois. La mesure de la conductance de la solution dilué done G= 987 µS.
    - En déduire la valeur de la concentration de la solution dilué, puis celle de la solution de l'ampoule.
    - Calculer la quantité de matière dans l'ampoule V. En déduire m. 
corrigé
quantité de matière KCl : C0 V0

volume total de la solution : V+V0

concentration en KCl : quantité de matière divisé par le volume de la solution C0 V0 / (V+V0 )

V0(mL)
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
G(µS)
145
288
428
565
700
832
961
1088
1213
1335
C

mol / m3
0,99
1,96
2,91
3,84
4,76
5,66
6,54
7,4
8,25
9,1

si la tension est 1 volt alors l'intensité est égale à la conductance en (µS)

C0 = 0,1 mol /L = 100 mol / m3 ; C = 100 V0 / (500 +V0)

par exemple 100*5 /505 = 0,99 mol / m3.

le graphe est une droite passant par l'origine.

lecture graphe à partir de 987 microsiemens on trouve C voisin de 7 mol/m3.

et en tenant compte de la dilution : 7*200 = 1400 mol/m3 = 1,4 mol/ L.

Qté de matière dans 20 mL : 1,4 * 0,02 = 0,028 mol

puis fois la masse molaire de KCl : 39+35,5 = 74,5 g/mol

m = 74,5 *0,028 = 2,1 g .


A 25°C on mélange un volume V1=50,0 mL d'une solution aqueuse S1 d'hydroxyde de sodium de concentration molaire c1 égale à 1,00.10-3 mol.L-1 avec un volume V2= 200mL d'une solution aqueuse S2 de chlorure de sodium, de concentration molaire c2 égale à 1,52.10-3 mol.L-1.

  1. Calculer la quantité de matière de chaque ion du mélange.
  2. Calculer la concentration molaire de chaque ion du mélange en mol.m-3.
  3. En déduire la conductivité du mélange.

Données : conductivité molaires ioniques à 25°C(10-4S.m2.mol-1):

HO-(aq) : 198.6 ; Na+(aq) : 50.1 ; Cl-(aq) : 76.3

corrigé
volume total : 0,25 L

ion HO- : 10-3 *0,05 = 5 10-5 mol

[HO-] = 5 10-5 / 0,25 = 2 10-4 mol/L = 0,2 mol/m3.

ion chlorure : 1,52 10-3 *0,2 = 3,04 10-4 mol

[Cl-]= 3,04 10-4 / 0,25 = 1,216 10-3 mol/ L=1,216 mol/m3.

ion sodium issus des deux solutions : 5 10-5 + 3,04 10-4 = 3,54 10-4 mol

[Na+] = 3,54 10-4 / 0,25 = 1,416 10-3 mol /L= 1,416 mol/ m3.

conductivité du mélange :

lHO- [HO-] + lCl- [Cl-] + lNa+ [Na+]

198,6 10-4 * 0,2 + 76,3 10-4 *1,216 + 50,1 10-4 *1,416

(39,72 + 92,78 + 70,94) 10-4 =2,03 10-2 S m-1.

 

On considère 1 L d'une solution de chlorure d'ammonium de concentration C =0,01 mol/L.

  1. Quels sont les ions présents dans cette solution.
  2. L'un de ces ions est un acide. Quel est cet ion ? Justifier la réponse.
  3. Calculer la conductivité de cette solution à l'aide des conductivités molaires ioniques .
  4. On ajoute à cette solution 1,0.10- 3 mol d'hydroxyde de potassium. Quels sont les ions présents dans ce solide ionique ? L'un de ces ions est une base. Quel est cet ion ? Justifier votre réponse.
  5. Déterminer l'équation chimique de la réaction qui a lieu lors de l'ajout d'hydroxyde de potassium à la solution de chlorure d'ammonium.
  6. Dresser le tableau d'avancement de la réaction puis calculer la conductivité de la solution obtenue.
  7. Quelle quantité de matière d'hydroxyde de potassium faut-il ajouter à la solution initiale de chlorure d'ammonium pour que la conductivité de la solution commence à augmenter ?

Données : > Conductivité molaire ionique : ion chlorure : Cl - = 7,631.10 - 3 S.m².mol - 1 ; ion ammonium : NH 4 + = 7,35.10 - 3 S.m².mol - 1; ionpotassium : K + = 7,35.10 - 3 S.m².mol - 1.

  1.  
corrigé
ammonium NH4 + et chlorure Cl-.

l'ion ammonium est un acide, ion susceptible de céder H+ pour donner NH3 base conjuguée

conductivité :

concentration en mol/m3 soit 0,01*1000 = 10 mol/m3.

10 * (7,35 10-3 + 7,63 10 -3 ) = 14,98 10-2 S/m.

hydroxde HO- et K+.

HO- est une base , espèce susceptible de gagner H+ pour donner H2O

HO- + NH4 + donne NH3 + H2O

tableau d'évolution : ions K+ et Cl- concentrations inchangées.

HO-
NH4 +
NH3
initial
10-3 mol
10-2 mol
0
en cours
10-3 -x
10-2 -x
x
final
0
0,009 mol
0,001 mol
avancement maximal : xmax =0,001 mol

la conductivité de la solution finale est égale à :

faire les produits concentration (mol/m3) par la conductivité molaire ionique de chaque ion

puis faire la somme de ces produits.

lCl- [Cl-] + lK+ [K+ ] + lNH4+ [NH4 +]

avec [Cl-] = 10 mol/m3 ; [K+ ] = 1 mol/m3 ; [NH4 +] =9 mol/m3

7,631.10 - 3 * 10 + 7,35.10 - 3 *1 +7,35.10 - 3 *9

(76,31 + 7,35 + 66,15 ) 10-3 = 14,98 10-2 S/m.

la conductivité ionique commence à augmenter lorsque on ajoute plus de 0,01

mol d'hydroxyde de potassium ( l'ion hydroxyde étant alors en excès et sa

conductivité molaire ionique est bien supérieure à celle des autres ions).

à suivre ...
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à bientôt ...