Aurélie 09/03

dosage de l'étain dans un fer blanc Polynésie 03

avec calculatrice




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Le fer blanc est un produit laminé plat recouvert d'une fine couche d'étain. Le but de cet exercice est de déterminer la masse d'étain présente sur une plaque de fer blanc découpée sur une boîte de conserve. La plaque est constituée de fer (Fe) recouverte d'une fine couche d'étain (Sn).

I- Electrolyse :

La première partie du dosage consiste à réaliser une électrolyse dans un bain d'acide chlorhydrique. la plaque de fer blanc est suspendue à une électrode de platine. On plonge l'ensemble, ainsi que deux électrodes de graphite ( afin que lattaque du fer blanc puisse se faire des deux côtés) dans un bécher rempli d'acide chlorhydrique.

- Au niveau des électrodes de graphite on constate l'apparition d'un gaz ; la réduction qui se produit est : 2H+ + 2e- =H2(g).

- Au niveau de la plaque de fer blanc se produissent successivement les oxydations : Sn = Sn2+ + 2e- ; puis lorsque tout l'étain est attaqué : Fe=Fe2+ + 2e-.

Pour caractériser l'apparition des ions Fe2+, on ajoute quelques cristaux d'orthophénantroline, composé formant un complexe rouge avec les ions Fe2+. On arrête l'électrolyse dès l'apparition de la coloration rouge.

  1. La plaque de fer blanc constitue-t-elle l'anode ou la cathode pour cette électrolyse ? Justifier. Quelle est la borne du générateur reliée au fer blanc ?
  2. Pourquoi arrête-t-on l'électrolyse dès l'apparition de la coloration rouge ?
  3. Quelle est la relation entre la quantité de matière d'étain nSn sur la plaque de fer blanc et nSn2+ , qua,tité de matière d'ion étain formé lors de cette électrolyse ?

II- Dosage direct de l'étain électrolysé : couples redox Sn4+ / Sn2+ ; I2 / I- ; S4O62- / S2O32- ; MSn = 118,7 g/mol.

étape 1 : on sort les électrodes et la plaque de fer du bécher contenant l'acide, on les rince à l'eau distillée en récupérant l'eau de rincage dans ce bécher. On ajoute peu à peu un volume V= 10 mL d'une solution jaune-orangée de diiode I2 de concentration c = 0,01 mol/L. Au début la coloration jaune-orangée disparaît au contact de la solution d'ion Sn2+. A la fin de l'ajout des 10 mL le mélange conserve la coloration jaune-orangée: I2 a été introduit en excès. La transformation est modélisée par la réaction suivante : I2 + Sn2+ = 2I- + Sn4+ (1).

étape 2 : afin de doser l'excès de diiode on ajoute progressivement dans le bécher, à l'aide d'une burette une solution aqueuse de thiosulfate de sodium ( 2Na+ + S2O32- ) de concentration c' = 5 10-3 mol/L. Quand la coloration commence à palir dans le bécher, on ajoute queleques gouttes d'empois d'amidon ; la solution devient violette, car l'empois d'amidon set à mettre en évidence I2, même en faible quantité. On continue à verser la solution de thiosulfate de sodium. Lorsque la coloration violette disparaît on a versé V'=9,7 mL de solution de thiosulfate de sodium.

  1. Ecrire les demi-équations électroniques correspondant aux couples mis en jeu au cours de la transformation (1)
  2. Calculer la quantité de diiode introduite dans le bécher au début de l'expérience.
    - Le dosage du diiode par l'ion thiosulfate est modélisée par : 2S2O32- + I2 = S4O62- + 2I- (2)
    Calculer la quantité de matière n2 de diiode ayant réagi avec les ions thiosulfate S2O32-.
    - En déduire la quantité de matière nSn2+ d'ion étain II présente dans le bécher après électrolyse.
    - Déduire la quantité de matière d'étain nSn sur la plaque de fer blanc puis la masse d'étain correspondante.

 


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corrigé
plaque de fer blanc : oxydation en ion Sn2+ pui Fe2+, donc anode positive ( électrolyse) reliée à la borne + du générateur.

Dés que la coloration rouge apparaît, le fer commence à s'oxyder; l'étain s'est entierement oxydé.

Sn (s) = Sn2+ + 2e- .

Qté de matière d'étain solide = Qté de matière d'ion étain Sn2+


Sn2+ = Sn4+ + 2e- oxydation

I2 + 2e- = 2I- réduction

Qté de matière diiode (mol) = concentration (mol/L) fois volume solution (L) = 0,01*0,01 = 10-4 mol.

dosage du diiode en excès :

I2 + 2S2O32- = 2I- + S4O62-.

A l'équivalence , quantité de matière d'ion thiosulfate : C' V' = 5 10-3 * 9,7 10-3 = 4,85 10-5 mol

Qté de matière de diiode : ½ *4,85 10-5 = 2,42 10-5 mol.

Qté de matière diiode ayant réagi avec les ions étain :

10-4 - 2,42 10-5 = 7,58 10-5 mol.

Qté de matière d'étain solide = Qté de matière d'ion étain Sn2+ = 7,58 10-5 mol.

masse d'étain (g) = 7,58 10-5 *118,7 = 9,1 10-3 g.



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