07/09/2016 C04_Les_especes_chimiques_colorees2.doc 1/2
TS Thème : Observer TP n°2
Chimie Les espèces chimiques colorées Chap.4
But du TP : Déterminer la concentration d’une espèce en solution. Etudier le spectre d’absorption d’espèces chimiques colorées.
I. Principe
On souhaite déterminer si une solution contenant des ions cuivre II (Cu2+(aq)) peut être rejetée sans danger pour l’environnement sachant que la norme toxicologique impose une concentration massique t(Cu2+(aq)) < 1 mg.L-1.
Les ions Cuivre II sont colorés. On peut donc déterminer leur concentration par spectrophotométrie (méthode vue en 1ère S).
1. Préparation d’une échelle de teinte
On dispose d’une solution S0 de sulfate de cuivre II de concentration connue [Cu2+(aq)] = C0 =2,0 10-2 mol.L-1.
1.1. Calculer le volume V0 à prélever pour préparer, par dilution, 50,0 mL des solutions S1 à S4 de sulfate de cuivre II avec : C1 = 1,0.10-3 mol.L-1 ; C2 = 2,0.10-3 mol.L-1 ; C3 = 4,0.10-3 mol.L-1 ; C4 = 6,0.10-3 mol.L-1
Préparer les solutions S1 à S2, pendant qu’un autre binôme prépare les solutions S3 et S4. Mais Attention, à l’aide d’une éprouvette graduée, vous ajouterez 5 mL d’une solution d’ammoniaque concentrée avant d’ajuster au trait de jauge avec de l’eau distillée.
Placer chacune des solutions dans un petit pot numéroté.
Préparer également une solution de référence SR en introduisant dans une fiole jaugée de 50,0 mL, environ 5 mL de solution ammoniacale, complétée jusqu’au trait de jauge avec de l’eau distillée.
Verser dans un petit pot noté SR.
1.2. En présence d’ammoniac NH3, les ions cuivre II réagissent totalement en formant l’ion tétraammine cuivre II de formule Cu(NH3)4
2+ de couleur bleu foncé. L’équation de cette réaction est : Cu2+(aq) + 4 NH3(aq) → Cu(NH3)42+
(aq)
A quelle condition sur la quantité de matière d’ammoniac, la concentration des ions Cu(NH3)4 2+
(aq) est-elle la même que celle des ions cuivre II initialement présents ?
2. Préparation de la solution à analyser
Dans une fiole jaugée de 50,0 mL, introduire 10,0 mL de la solution à analyser.
Y ajouter environ 5 mL de la solution ammoniacale et compléter au trait de jauge avec de l’eau distillée.
Homogénéiser. Placer la solution SA dans un nouveau petit pot.
II. Dosage par spectrophotométrie 1. Mesures
Régler la longueur d’onde du spectrophotomètre au maximum d’absorption (voir la courbe ci-contre).
Réaliser le blanc en utilisant la solution SR .
1.1. Mesurer les absorbances Ai des solutions S1 à S4 . 1.2. Mesurer l’absorbance AA de la solution SA.
1.3. Consigner les valeurs expérimentales dans un tableau.
Solution Absorbance A Concentration (mol.L-1) S1 A1 = ... C1 = ...
S2 A2 = ... C2 = ...
S3 A3 = ... C3 = ...
S4 A4 = ... C4 = ...
SA AA = ... CA = ...
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2. Exploitation
Données : M(Cu) = 63,5 g.mol-1
2.1. D’après l’allure des deux spectres ci-contre, expliquer pourquoi avoir ajouté de l’ammoniac dans chaque solution.
2.2. Sous Regressi, entrer les valeurs expérimentales C et A afin de visualiser la courbe A = f(C).
2.3. Modéliser la courbe. Indiquer son expression et vérifier que l’écart expérience / modèle est inférieur à 5 % (sinon, expliquer pourquoi).
2.4. En utilisant l’Outil graphique / Réticule, déterminer la concentration CA des ions cuivre II dans la solution SA, puis dans la solution mère. Donner un titre au graphique, puis l’imprimer avec sa modélisation.
2.5. La loi de Beer-Lambert est-elle vérifiée ? Justifier.
2.6. Calculer sa concentration massique t(en mg.L-1). En déduire si cette solution peut être rejetée dans l’environnement sans danger.
III. Caractérisation d’une espèce colorée 1. Le sirop de menthe
L’étiquette d’un sirop de menthe indique la présence des deux colorants suivants : La tartrazine jaune (E102) et le bleu patenté (E131).
1.1. Expliquer la couleur verte du sirop de menthe à partir des couleurs absorbées et diffusées par les deux colorants.
2. Protocole expérimental
On souhaite enregistrer le spectre d’absorption d’une solution aqueuse de bleu patenté de concentration molaire 1,0.10-5 mol.L-1.
2.1. On dispose d’une solution mère de concentration Ci = 2,00.10-4 ± 0,01 mol.L-1 en bleu patenté.
Proposer un protocole expérimental pour préparer Vf = 50,0 mL de la solution désirée.
2.2. Faire vérifier votre protocole expérimental par le professeur, puis réaliser la dilution.
3. Acquisition d’un spectre d’absorption
Afin d’obtenir le spectre d’absorption de la solution de bleu patenté, on va utiliser un spectrophotomètre couplé à l’ordinateur muni d’un logiciel d’acquisition Safas.
1) Le spectrophotomètre étant allumé et relié à l’ordinateur, lancer le logiciel Safas présent sur le bureau.
2) Cliquer sur l’icône SPECTRE (à gauche).
3) Indiquer un titre ; choisir λ compris entre 320 et 800 nm avec un pas de 2 nm ; sélectionner l’acquisition
« ligne de base particulière » (acquisition du « blanc »).
4) Placer une cuve remplie d’eau distillée dans le spectrophotomètre. Lancer l’acquisition.
5) Vider la cuve et la rincer avec la solution étudiée, puis la remplir de nouveau et la placer dans le spectrophotomètre.
6) Cliquer sur l’icône SPECTRE avec les mêmes paramètres et l’acquisition « Normal ». Lancer l’acquisition.
7) Adapter l’échelle du spectre (icône « échelle »). Imprimer la courbe.
4. Exploitation
4.1. Justifier la couleur du bleu patenté à partir de ce spectre.
4.2. Déterminer les caractéristiques spectroscopiques du bleu patenté.
Un spectre UV-Visible d’une espèce se définit par la valeur de la longueur d’onde aux maxima
d’absorption λmax et par le coefficient d’absorption molaire εmax correspondant qu’on détermine à partir de la loi de Beer-Lambert : A = ε××C où est la largeur de la cuve (exprimée en cm) traversée par la lumière et C la concentration molaire en espèce colorée.
Cu(NH3)42+
(aq)
Cu2+(aq)
