Objectif :
Evaluer la qualit´e d’une eau en mesurant la quantit´e de O2 dissous.
Mat´eriel et produits :
grand cristallisoir ou cuvette, erlenmeyer 250 mL + bouchon, agitateur magn´etique + bar-reau aimant´e, balance, coupelle de pes´ee, spatule, pipette pasteur, papier pH, b´echers 50 mL, pipette 50 mL, erlenmeyer 150 mL, burette, potence + pince. Produits : eau du ro-binet, NaOH (pastilles), chlorure de mangan`ese (solide), acide sulfurique (9 mol/L), KI (solide), thiosulfate de sodium (0,01 mo/L), thiod`ene.
La teneur en dioxyg`ene est d´eterminante pour la qualit´e des eaux :
-les eaux pollu´ees renferment peu ou pas de dioxyg`ene (O2 dissous) parce que les microor-ganismes qui font fermenter les d´echets organiques consomment cet oxyg`ene massivement.
-les eaux non pollu´ees renferment des quantit´es importantes du dioxyg`ene parce que le gain du dioxyg`ene par la dissolution de ce gaz en surface ainsi que par la photosynth`ese des plantes aquatiques est plus important que sa perte par la putr´efaction des rares d´echets.
Comme le dioxyg`ene est un oxydant, on peut songer `a r´ealiser un titrage par oxydor´ educ-tion. Or, il n’existe pas de r´educteur qui change de couleur en passant `a l’´etat oxyd´e et qui r´eagit assez rapidement avec l’oxyg`ene. Il faudra donc op´erer par voie d´etourn´ee : on utilise la m´ethode de Winkler. (Cette m´ethode a permis un grand nombre d’observations des teneurs en oxyg`ene dans l’oc´ean mondial. Elle a fait depuis son introduction l’objet de nombreuses ´etudes, qui ont apport´e des am´eliorations successives et elle reste encore ac-tuellement la m´ethode la plus pr´ecise. Elle est toujours utilis´ee pour contrˆoler et ´etalonner
13.3. Dosage du O2 par la m´ethode de Winkler 107 les capteurs ´electrochimiques.) On oxyde du mangan`ese II par O2 dissous en On fixe le dioxyg`ene, dissous dans l’eau, par MnSO4, sous forme de Mn(OH)3(S). Cette r´eaction est lente. En milieu suffisamment acide, ce pr´ecipit´e oxyde des ions iodures en exc`es. On dose alors l’iode ainsi form´ee par une solution de thiosulfate, en pr´esence d’amidon (la coloration bleue de l’amidon en pr´esence d’iode disparaˆıt au virage).
Manipulation :
-Faire couler l’eau du robinet pendant 3 minutes.
-En se pla¸cant au-dessus d’un grand cristallisoir (afin de maˆıtriser les d´ebordements) rem-plir `a ras bord d’eau `a analyser un erlenmeyer rˆod´e de 250 mL contenant 4 billes de verre (elles aideront `a la solubilisation des solides). Veiller `a ce qu’aucune bulle d’air gazeux ne reste fix´ee contre la paroi, sinon la chasser `a l’aide d’une baguette de verre.
-Laisse l’erlenmeyer dans le cristallisoir.
108 Chapitre 13. M13 : Diagrammes potentiel-pH R´eaction 1 : introduction de Mn2+ et passage en milieu basique
-Peser environ 2 g de sulfate de mangan`ese MnSO4 (´electrolyte fort) dans une coupelle de plastique souple. Les introduire dans l’erlenmeyer avec un entonnoir `a solide. Ce n’est pas grave si de l’eau d´eborde dans le cristallisoir.
-Ajouter 8 pastilles d’hydroxyde de sodium NaOH (´electrolyte fort) avec une spatule m´ e-tallique
-Boucher alors rapidement l’erlenmeyer sans emprisonner de bulle d’air (ajouter un peu d’eau du robinet si n´ecessaire). L’essuyer avec un chiffon puis agiter ´energ´etiquement jus-qu’`a dissolution totale des deux solides.
-Noter la couleur et l’aspect (limpide ou pr´ecipit´e) du contenu de l’erlenmeyer.
R´eaction 2 (lente) : oxydation de Mn(OH)2 par O2 en Mn2O3
-Laisser reposer au moins 20 minutes et noter la couleur et l’aspect (limpide et pr´ecipit´e) du m´elange r´eactionnel.
-Pendant ce temps, travailler les questions de la partie II.
R´eaction 3 : retour en milieu acide et dismutation de Mn2O3
-Port de gants obligatoire pour cette ´etape. Aller sous une hotte avec l’erlenmeyer, l’ouvrir et acidifier son contenu avec de l’acide sulfurique concentr´e ajout´e goutte `a goutte, mais assez rapidement tout de mˆeme, tout en homog´en´eisant le contenu de l’erlenmeyer avec une baguette de verre, jusqu’`a ce que le pH devienne inf´erieur `a 2. Pour cela, on contrˆolera r´eguli`erement le pHde la solution au papier pH (un professeur vous expliquera comment r´ealiser ce contrˆole).
-Noter la couleur et l’aspect (limpide ou pr´ecipit´e) du contenu de l’erlenmeyer apr`es acidi-fication.
-En milieu acide, O2 n’oxyde que tr`es lentement Mn2+. R´eaction 4 : r´eduction du MnO2 par I−
-Ajouter environ 2 g d’iodure de potassium KI (´electrolyte fort). Reboucher et agiter jus-qu’`a dissolution de tout le pr´ecipit´e (si n´ecessaire ajouter quelques gouttes d’acide) et persistance d’une coloration jaune-orang´ee de la solution devenue limpide.
R´eaction 5 : dosage colorim´etrique du diiode I2 apparu par S2O2−3
-Le changement de couleur du jaune vers l’incolore ´etant peu contrast´e, on ajoutera, d`es que la solution sera devenue jaune pˆale, de l’empois d’amidon qui forme un compos´e bleu-vert avec le diiode. La d´ecoloration du bleu `a l’incolore est plus visible.
-Pr´elever pr´ecis´ement V0 = 50.0 mL de la solution de l’erlenmeyer avec une pipette jaug´ee et la d´elivrer dans un b´echer adapt´e. Installer une agitation magn´etique.
-Remplir la burette gradu´ee de solution de thiosulfate de sodium Na2S2O3 (´electrolyte fort) de concentrationC1= 5,00.10−3 mol/L.
13.3. Dosage du O2 par la m´ethode de Winkler 109 -Commencer le dosage et verser du thiosulfate jusqu’`a obtention d’une coloration jaune pˆale. Ajouter de l’empois d’amidon jusqu’`a obtenir une coloration plus contrast´ee et conti-nuer le dosage. Apr`es l’´equivalence, la solution est incolore. Noter le volume ´equivalentVeq1
avec son incertitude colorim´etrique. Jeter le contenu du b´echer dans le bidon de r´ecup´ e-ration ad´equat. R´ealiser un deuxi`eme dosage pour confirmer la valeur pr´ec´edente et noter Veq2. Ranger la paillasse. Jeter le contenu de l’erlenmeyer dans le bidon de r´ecup´eration en prenant soin d’enlever auparavant les billes de verre avec une spatule.
Interpr´etation :
1`ere ´etape : oxydation de Mn(OH)2 en Mn(OH)3 par le dioxyg`ene en milieu basique.
Equation de la r´eaction : 4Mn(OH)2(aq) + O2(g) + 2H2O(l) = 4Mn(OH)3(aq) (1)
2`eme ´etape : dissolution des hydroxydes en milieu acide, puis oxydation de I− en I . Equation de la r´eaction : 4Mn3+(aq) + 4I−(aq) = 4Mn2+(aq) + 2I2(aq) (2)
3`eme ´etape : Dosage du diiode par le thiosulfate.
Equation de la r´eaction : I2(aq) + 2S2O(aq) = 4I−(aq) + S4O(aq) (3)
110 Chapitre 13. M13 : Diagrammes potentiel-pH