Aurélie 06/02

dioxyde de carbone dans l'air France 06/02 sans calculatrice




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 Le dioxyde de carbone est présent dans l'air atmosphérique à raison de 0,63% en volume. Il peut réagir avec les ions hydroxyde ; l'équation- bilan de cette réaction est : CO2 + 2HO- --> CO32- + H2O

Préparation et dosages d'une solution aqueuse d'hydroxyde de sodium ou soude :

On rappelle que la soude (ou hydroxyde de sodium) a pour formule NaOH. Pour en préparer une solution aqueuse de concentration connue, on ne dispose que d'un flacon de pastilles de soude, la masse d'une pastille étant approximativement égale à 0,1g. On commence donc par préparer une solution de concentration voisine de 0,01mol/L ; pour connaître précisément la concentration de la solution préparée, on réalise ensuite un dosage.

Liste du matériel et des solutions disponibles au laboratoire :

- agitateur magnétique et barreau aimanté ;

- fioles jaugées portant les mentions "50 mL", "100 mL", "200 mL", "1 L" ;

- pipettes jaugées portant les mentions "1 mL", "5 mL", "10 mL", "20 mL" ; "

- burettes graduées portant les mentions "20 mL", "25 mL", "50 mL" ;

- pipettes graduées portant les mentions "1 mL", "5 mL", "10 mL" ;

- éprouvettes graduées portant les mentions "10 mL", "50 mL", "100 mL ;

- erlenmeyers et bechers portant les mentions "50 mL", "100 mL", "200 mL" ;

- poire aspirante ou propipette â ;

- solutions d'acide chlorhydrique à 1 mol/L, 0,10 mol/L, 0,010 mol/L ;

- indicateur coloré : phénolphtaléine.

Données : masses molaires atomiques :

M(H) = 1 g/mol ; M(O) = 16 g/mol ; M(Na) = 23 g/mol

  1. Quelle masse de soude utiliser pour préparer V = 1L de concentration voisine de c = 0,01 mol/L ?
  2. On remarque que le laboratoire ne dispose pas de balance. Comment faire pour préparer cette solution avec les produits et le matériel disponibles, indépendamment des conditions de sécurité ?
  3. Pourquoi n'a-t-on pas préparé seulement 100 mL de cette solution ? Justifier.
  4. Préciser, en justifiant la réponse quelle solution choisir dans la liste des solutions disponibles au laboratoire, pour doser 10 mL de la solution préparée précédemment. Dans la suite de l'exercice, on appelle S cette solution choisie.
  5. Faire le schéma annoté du dispositif du dosage.
  6. On réalise le dosage ; le volume de solution S versée à l'équivalence est V. Trois jours après, on s'aperçoit que le récipient contenant la solution de soude n'a pas été rebouché. On refait le dosage dans les mêmes conditions ; le volume de solution versée à l'équivalence est alors V' inférieur à V. On dit que la soude est carbonatée : une petite quantité d'ions hydroxyde a réagi avec le dioxyde de carbone pour donner des ions carbonate selon l'équation- bilan donnée en introduction. Sachant que le virage de l'indicateur coloré choisi permet de doser les ions hydroxyde provenant de la soude et les ions carbonate formés qui se comportent comme une monobase, justifier la diminution du volume de solution S versée à l'équivalence.

Farces et attrapes : la tache qui disparaît...

Dans les magasins de farces et attrapes est proposée une solution bleue, appelée "encre anti-tache". Lorsque l'on verse un peu de cette solution sur un vêtement, une tache bleue apparaît, mais.... disparaît en quelques minutes.

Voilà comment fabriquer la solution "encre anti-tache" :

- Produits et solutions nécessaires avec quelques indications

Solution de soude à 1 mol/L : corrosive.

Thymolphtaléine : indicateur coloré de zone de virage : 9.3 - 10.5 ;

Constante d'acidité du coulpe associé : Ka = 10-10,3. soluble dans l'eau et l'éthanol.

- Mode opératoire

Ajouter quelques gouttes de solution de thymolphtaléine dans un mélange d'eau et d'alcool, la solution est alors incolore.

Ajouter ensuite goutte à goutte juste assez de soude de manière à obtenir une solution bleue : "l'encre anti-tache".

On admet que la solution se comporte comme une solution aqueuse.

  1. La forme acide de la thymolphtaléine, notée AH est incolore. La forme basique sera notée A-. Placer sur un axe gradué en pH la zone de virage de la thymolphtaléine. Indiquer en dehors de cette zone les espèces prédominantes.
  2. Lors de la préparation de la solution, avant l'addition de la solution de soude, le pH est-il inférieur à 9,3 ou supérieur à 10,5 ? Justifier la réponse.
  3. Ecrire l'équation- bilan de la réaction entre la thymolphtaléine et la soude.
  4. Exprimer la constante de cette réaction. En déduire que cette réaction peut-être considérée comme quasi-totale.
  5. Quelle est la teinte de la forme basique de la thymolphtaléine ? Justifier la réponse.
  6. Pour expliquer la disparition de la tache bleue, on peut supposer que l'évaporation de l'alcool et la recristallisation de la thymolphtalèine jouent un rôle. En vous aidant de l'introduction de l'exercice (et de la première partie), indiquer quel autre facteur pourrait également intervenir pour expliquer la disparition de la tache sur le vêtement ?

Attention : la solution "encre anti-tache" contenant de la soude concentrée, on évitera de l'utiliser sur des vêtements non usagés.

 


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corrigé
Qté de matière de soude (mol) = concentration (mol/L) fois volume solution (L) =0,01*1 = 0,01 mol

masse molaire de la soude : 23+16+1 = 40 g/mol

masse à peser à la balance de précision : 0,01*40 = 0,4 g.

Il faut utiliser une fiole jaugée de 1L et y introduire 4 pastilles de soude ; ajouter un peu d'eau distillée, agiter pour dissoudre les pastilles, puis compléter la fiole jusqu'au trait de jauge (à la goutte près) afin que le bas du ménisque affleure le trait de jauge. Agiter pour homogénéiser la solution.

Pour ne préparer que 100mL de cette solution, il faudrait prendre une masse 10 fois moindre puisque 100mL représente un dixième de litre. Or, compte tenu du fait qu'il n'y a pas de balance au laboratoire, cela semble difficile de prendre le dixième de 4 pastilles.

La solution préparée est une solution de monobase forte. Il faut donc la doser avec une solution de monoacide fort de même concentration, donc une solution d'acide chlorhydrique à 0,010 mol/L puisque l'équation de la réaction est :

H3O+ + HO- --> 2 H2O

Lors du premier dosage, à l'équivalence : n(HO-) dosé = n(H3O+) verséé = 0,01 V

Lors du 2ème dosage, toujours à l'équivalence, mais 3 jours après :

n(HO-) dosé + n(CO32-) dosé = n(H3O+) verséé = 0,01 V'

d'après l'équation :CO2 + 2HO- --> CO32- + H2O

1 mole d'ions carbonate, CO32- apparue implique la disparition de 2 moles d'ions HO-

donc cV' < cV


Farces et attrapes : la tache qui disparaît...

 

le pH est inférieur à 9,3 puisque la solution incolore, comme la forme acide de la thymolphtaléine prédominante.

AH + HO- --> A- + H2O

 

Kr est grand la réaction est quantative ; elle peut être considérée comme quasi-totale

la teinte de la forme basique est bleue puisqu'en ajoutant de la solution de soude, on obtient de "l'encre anti-tache".

L'autre facteur qui pourrait également intervenir est la carbonatation de la soude (réaction des ions hydroxyde de la soude avec le dioxyde de carbone de l'air). 


à suivre ...

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