La dissolution du composé solide FeCl3(s) dans l’eau donne naissance à une solution aqueuse de chlorure de fer III, noté S0. Cette solution contient alors des ions Fe3+(aq) et des ions Cl-(aq) dissous dans l’eau ; l’espèce FeCl3 n’est alors plus présente.
Donner l'équation de dissolution du chlorure de fer III solide dans l'eau : 𝐹𝑒𝐶𝑙3 (𝑠) → 𝐹𝑒3+(𝑎𝑞)+ 3𝐶𝑙−(𝑎𝑞)
OBJECTIF DU TP
L’objectif du TP est de déterminer les concentrations en ions Cl- et Fe3+ puis de les comparer
I. DETERMINATION DE LA CONCENTRATION EN IONS Cl- PRESENTS DANS LA SOLUTION S0
MANIPULATION 1 :
À l’aide d’une pipette jaugée, prélever 2,0 mL de S0 et les introduire dans un bécher.
À l’aide d’une pipette jaugée, ajouter 20,0 mL d’une solution aqueuse de nitrate d’argent de concentration en ions argent Ag+(aq) égale à 1,5.10-2 mol.L-1 : il apparait un précipité.
Filtrer la solution obtenue sur papier filtre.
Données : les ions nitrate NO3-
(aq) et les ions fer III Fe3+(aq) sont spectateurs.
OBSERVATIONS : On observe la formation d’un précipité blanc dans le bécher. Après filtration la solution est incolore et limpide
QUESTIONS :
1. Écrire l’équation de cette réaction de précipitation puis nommer le précipité formé.
Comment savoir si le filtrat contient encore, en quantités notoires, des ions chlorure Cl-(aq) ou des ions argent Ag+(aq) ? Effectuer les tests nécessaires et conclure. (Après le test on observe aucun autre précipité) Le mélange a-t-il été introduit en quantité stœchiométrique ?
2. Calculer la quantité de matière d'ions argent présente dans les 20,0 mL de solution de nitrate d’argent utilisés 3. En réalisant un tableau d’avancement de la réaction de précipitation, déterminer l’avancement maximal xmax et la
quantité d'ions chlorures n0(Cl-) présente dans les 2,0 mL de solution S0 utilisés.
4. En déduire la concentration en ions Cl-(aq) notée [Cl-] de la solution S0.
1. Equation de précipitation : 𝐴𝑔+(𝑎𝑞)+ 𝐶𝑙−(𝑎𝑞)→ 𝐴𝑔𝐶𝑙 (𝑠)
Pour savoir s’il reste des ions chlorure ou argent on divise la solution en 2 et on les introduit chacun dans des tubes à essais. On ajoute dans un des tubes à essai une solution contenant des ions argent et dans l’autre une solution contenant des ions chlorure. On n’observe aucun précipité, cela prouve que dans mes tubes à essais il ne reste ni des ions argent ni des ions chlorures. Tout a été consommé lors de la manipulation1. On peut donc dire que le mélange a été introduit en quantité stœchiométrique c’est-à-dire 𝑛0(𝐶𝑙−) = 𝑛0(𝐴𝑔+)
2. 𝑛0(𝐴𝑔+) = [𝐴𝑔+] × 𝑉𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑖𝑜𝑛= 1,5 × 10−2 × 20,0 × 10−3= 3,0 × 10−4 𝑚𝑜𝑙
PROPRIETES PHYSIQUES DE LA MATIERE CHAPITRE 8
TP16 :
CONCENTRATION EN SOLUTE APPORTE ET CONCENTRATION EFFECTIVE DES IONS
3.
𝑛0(𝐴𝑔+) −𝑥𝑚𝑎𝑥= 0 donc 𝑥𝑚𝑎𝑥= 𝑛0(𝐴𝑔+) = 3,0 × 10−4 𝑚𝑜𝑙 4. [𝐶𝑙−] = 𝑛0(𝐶𝑙−)
𝑉𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑖𝑜𝑛= 3,0×102,0×10−4−3= 1,5 × 10−1 𝑚𝑜𝑙. 𝐿−1
II. DETERMINATION DE LA CONCENTRATION EN IONS Fe3+ PRESENTS DANS LA SOLUTION S0
MANIPULATION 2 :
Afin de déterminer la concentration en ion fer III dans S0 on va réaliser une échelle de teinte
Remplir deux burettes graduées, l’une avec de l’eau distillée et l’autre avec une solution aqueuse de chlorure de fer III, de concentration en ions fer III égale à 0,20 mol.L-1.
Préparer 4 tubes à essai à l’aide des mélanges suivants. Ne pas oublier d'homogénéiser ces 4 tubes à essai ! Calculer les concentrations des solutions filles obtenues. Compléter la dernière ligne du tableau
Numéro du mélange 1 2 3 4
Volume de solution Smère en mL 1,0 2,0 3,0 4,0
Volume d’eau en mL 9,0 8,0 7,0 6,0
Concentration en ions Fe3+(aq) en mol.L-1 0.020 0.040 0.060 0.080 OBSERVATIONS : La couleur de la solution S0 est comprise entre les tubes 2 et 3
QUESTIONS :
5. Déterminer, à l'aide de cette échelle de teinte, un encadrement de la concentration effective en ions fer III [Fe3+] de la solution S0
6. Comparer [Fe3+] et [Cl-] de cette même solution. Comment expliquer ce résultat ?
5. 0,040 𝑚𝑜𝑙. 𝐿−1≤ [𝐹𝑒3+] ≤ 0,060 𝑚𝑜𝑙. 𝐿−1
6. [𝐶𝑙−] ≈ 3 × [𝐹𝑒3+] . Il y a 3 moles de Cl- pour 1 mole de Fe3+
III. VERIFICATION THEORIQUE
QUESTIONS :
7. Construire un tableau d’avancement de la réaction de dissolution du chlorure de fer III solide dans l'eau en notant n0(soluté) la quantité de matière initiale du composé ionique. En supposant la réaction de dissolution totale, déterminer l’avancement maximal xmax et les quantités nf(Fe3+) et nf(Cl-) à l’état final
Equation 𝐴𝑔+(𝑎𝑞) + 𝐶𝑙−(𝑎𝑞) → 𝐴𝑔𝐶𝑙 (𝑠)
Etat du système Avancement (en mol) Quantité de matière (en mol)
Etat initial x = 0 𝑛0(𝐴𝑔+) 𝑛0(𝐶𝑙−) 0
Etat intermédiaire x 𝑛0(𝐴𝑔+) − 𝑥 𝑛0(𝐶𝑙−) − 𝑥 𝑥
Etat final x = xmax 𝑛0(𝐴𝑔+) −𝑥𝑚𝑎𝑥 = 0 𝑛0(𝐶𝑙−) −𝑥𝑚𝑎𝑥 = 0 𝑥𝑚𝑎𝑥
7.
𝑛0(𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡é) −𝑥𝑚𝑎𝑥= 0 donc
𝑥𝑚𝑎𝑥= 𝑛0(𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡é) ,
𝑛𝑓(𝐹𝑒3+) =𝑥𝑚𝑎𝑥= 𝑛0(𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡é) et 𝑛𝑓(𝐶𝑙−) =3𝑥𝑚𝑎𝑥= 3 × 𝑛0(𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡é)
8. Donner une relation entre les quantités de matière nf(Fe3+), nf(Cl-) et n0(soluté)
9. Donner alors une relation entre les concentrations effectives [Fe3+], [Cl-] et la concentration en soluté apportée C(soluté)
10. Le résultat est-il cohérent avec la réponse à la question 6 ?
11. La quantité de soluté introduit pour la fabrication de 100mL de solution S0 est de n0(FeCl3) = 5,0 × 10−3 mol Déterminer alors les concentrations effectives [Fe3+] et [Cl-].
8. On peut écrire
𝑛𝑓(𝐹𝑒3+)
1 =𝑛𝑓(𝐶𝑙−)
3 = 𝑛0(𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡é)
1
9. En divisant tout par le volume de la solution on obtient :
[𝐹𝑒3+]
1 =[𝐶𝑙3−]= 𝐶(𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡é)1
10. Oui on a bien [𝐶𝑙−] = 3 × [𝐹𝑒3+]
11. 𝑛𝑓(𝐹𝑒3+) = 𝑛0(𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡é) = 5,0 × 10−3 𝑚𝑜𝑙 donc [𝐹𝑒3+] = 𝑛0(𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡é)
𝑉𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑖𝑜𝑛 = 5,0×10−3
100×10−3= 5,0 × 10−2 𝑚𝑜𝑙. 𝐿−1
𝑛𝑓(𝐶𝑙−) = 3 × 𝑛0(𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡é) = 15 × 10−3 𝑚𝑜𝑙 donc [𝐶𝑙−] = 15×10−3
𝑉𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑖𝑜𝑛= 15×10−3
100×10−3= 1,5 × 10−1 𝑚𝑜𝑙. 𝐿−1
IV. NOTION DE SOLIDE HYDRATE
12. Quelle masse de chlorure de fer III a été utilisée pour fabriquer ces 100 mL de la solution S0 ?
13. En fait, une masse de 1,35 g a été nécessaire. Ceci est dû au fait, que le solide FeCl3 contient de l’eau (il est dit hydraté), et doit donc être écrit selon la formule (FeCl3 , x H2O) solide x fois hydraté. En déduire la valeur de x.
On donne : M(Fe) = 55,8 g.mol-1 ; M (Cl) = 35,5 g.mol-1 ; M (O) = 16,0 g.mol-1 ; M (H) = 1,0 g.mol-1
Equation 𝐹𝑒𝐶𝑙3 (𝑠) → 𝐹𝑒3+(𝑎𝑞) + 3𝐶𝑙−(𝑎𝑞)
Etat du système Avancement (en mol) Quantité de matière (en mol)
Etat initial x = 0 𝑛0(𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡é) 0 0
Etat intermédiaire x 𝑛0(𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡é) − 𝑥 𝑥 3𝑥
Etat final x = xmax 𝑛0(𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡é) −𝑥𝑚𝑎𝑥= 0 𝑥𝑚𝑎𝑥 3𝑥𝑚𝑎𝑥
12. 𝑚𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡é= 𝐶(𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡é) × 𝑉𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑖𝑜𝑛× 𝑀(𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡é)
A.N. 𝑚𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡é= 5,0 × 10−2× 100 × 10−3× (35,5 × 3 + 55.8) = 0,81𝑔
13. 𝑚𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡é= 𝐶(𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡é) × 𝑉𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑖𝑜𝑛× [𝑀(𝐹𝑒𝐶𝑙3) + 𝑥 × 𝑀(𝐻2𝑂)]
𝐶(𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡é) × 𝑉𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑖𝑜𝑛× 𝑀(𝐹𝑒𝐶𝑙3) + 𝐶(𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡é) × 𝑉𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑖𝑜𝑛× 𝑥 × 𝑀(𝐻2𝑂) = 𝑚𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡é 𝐶(𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡é) × 𝑉𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑖𝑜𝑛× 𝑥 × 𝑀(𝐻2𝑂) = 𝑚𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡é− 𝐶(𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡é) × 𝑉𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑖𝑜𝑛× 𝑀(𝐹𝑒𝐶𝑙3) 𝑥 = 𝑚𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡é− 𝐶(𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡é)×𝑉𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑖𝑜𝑛×𝑀(𝐹𝑒𝐶𝑙3)
𝐶(𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡é)×𝑉𝑠𝑜𝑙𝑢𝑡𝑖𝑜𝑛× 𝑀(𝐻2𝑂) A.N. 𝑥 = 1,35− 5,0×10−2×100×10−3×(35,5×3+55.8)
5,0×10−2×100×10−3×(18,0) = 6
Le chlorure de fer III est hydraté 6 fois : on dit qu’il est hexahydraté
