TP 3 De la couleur à la concentration
Avant de commencer, écouter attentivement les précautions à prendre et les règles de sécurité rappelées par le professeur
Objectifs de la séance :
- Mettre en application la préparation d’une solution par dilution ;
- Déterminer la concentration d’une solution à partir d’une échelle de teintes.
La liqueur de Dakin (ou eau de Dakin) est un liquide antiseptique (bactéricide, fongicide, virucide) utilisé pour le lavage des plaies et des muqueuses, de couleur rose et à l'odeur d'eau de Javel.
SOLUTION DE DAKIN STABILISE COOPER
COMPOSITION Principes actifs
Hypochlorite de sodium ……….0,500 g de chlore actif pour 100 mL Principes non actifs
Permanganate de potassium ………….…...0,0010g pour 100 mL Dihydrogénophosphate de sodium dihydraté ………….Excipient
Eau purifiée………...Excipient MODE D’EMPLOI
Posologie habituelle : en application cutanée sans dilution, soit en lavages, en bains locaux ou en irrigation, soit en compresses imbibées ou en pansements humides.
Les flacons doivent être conservés fermés dans des endroits frais et à l’abri de la lumière. Une fois ouvert, la stabilité du soluté est réduite à deux mois.
Comment vérifier la concentration en permanganate de potassium de la solution de Dakin ?
1. L’échelle de teintes
On peut évaluer la concentration d'une espèce chimique colorée dans une solution grâce à la couleur de cette solution.
Principe :
À partir d'une solution-mère S0 contenant une espèce chimique colorée, on prépare des solutions diluées (solutions filles) de diverses concentrations. On réalise ainsi une « échelle de teintes » qui va servir, par comparaison de la couleur, à évaluer la concentration inconnue d'une solution S.
2. Préparation d’une échelle de teintes
Au cours de cette séance, nous allons essayer de déterminer la concentration de la solution de Dakin (présente sur le bureau du professeur), de couleur violette contenant du permanganate de potassium (KMnO4).
Pour cela, nous allons préparer une échelle de teintes afin de déterminer, par comparaison de couleur, la concentration en permanganate de potassium de la solution de Dakin.
Protocole expérimental :
Préparer 50 mL d’une solution-fille (voir tableau page suivante), à partir de la solution-mère de permanganate de potassium (voir page suivante) ;
Verser 10 cm3 ( 10 cm) de cette solution dans un tube à essais que vous porterez sur le bureau du professeur.
Solution mère à utiliser :
Permanganate de potassium (K+(aq), MnO4
(aq))
cmère = 0,10 g.L–1
Solution-fille S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 S9
Vmère (en mL) (Volume de la solution
mère à prélever)
1,6 3,2 4,7 6,5
Vfille (en mL) (Volume de la solution-fille)
50 50 50 50 50 50 50 50 50
cfille (en g.L–1) (Concentration de
la solution-fille)
1,6 10–3 4,8 10–3 8,0 10–3 1,1 10–2 1,4 10–2
a) Rappeler le protocole expérimental permettant de préparer une solution diluée (solution fille) de volume Vfille à la concentration cfille, à partir d’une solution-mère de concentration connue cmère.
b) Détailler les calculs d’un volume Vfille et d’une concentration cmère dans le tableau ci-dessus (voir fiche réponse).
c) Compléter le tableau ci-dessus (voir fiche réponse).
3. Exploitation de l’échelle de teintes
L’intensité de la couleur d’une espèce chimique colorée en solution est liée à sa concentration, ce qui constitue un moyen de détermination de la concentration.
Protocole expérimental :
Verser 10 cm3 ( 10 cm) de la solution de Dakin dans un tube à essais et comparer sa couleur avec l’échelle de teintes réalisée par la classe ;
En déduire une valeur approchée de la concentration en permanganate de potassium de la solution de Dakin.
a) Comment la couleur de la solution de permanganate de potassium varie-t-elle avec la concentration ?
b) Quel est l’encadrement de la valeur de la concentration en masse en permanganate de potassium de la solution de Dakin ? (répondre sur la fiche réponse)
4. Conclusion (Répondre sur la fiche réponse)
Donnée : M(KMnO4) = 158 g.mol–1 a) L’étiquette du flacon de Dakin mentionne (voir au début de l’activité) :
Permanganate de Potassium ……… 0,0010 g pour 100 mL Questions
Questions
(Répondre sur la fiche réponse)
(Répondre sur la fiche réponse)
Calculer la concentration en masse en permanganate de potassium de la solution de Dakin.
b) La valeur de la concentration estimée à l’aide de l’échelle de teintes est-elle en accord avec la valeur calculée ?
Nom(s) : Prénom(s) : Classe : Date :
FICHE REPONSE
(Comment déterminer la concentration d’une solution inconnue à partir d’une échelle de teintes ?)
1. Préparation d’une échelle de teintes
Solution-fille S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 S9
Vmère (en mL) (Volume de la solution
mère à prélever)
1,6 3,2 4,7 6,5
Vfille (en mL) (Volume de la solution-fille)
50 50 50 50 50 50 50 50 50
cfille (en g.L-1) (Concentration de
la solution-fille)
1,6 10–3 4,8 10–3 8,0 10–3 1,1 10–2 1,4 10–2
Protocole expérimental détaillé :
Détail des calculs :
Calcul d’un volume à partir de la quantité de matière Calcul d’une concentration à partir du facteur de dilution
2. Exploitation de l’échelle de teintes
Question a) :
Valeur de la concentration en masse de la solution de Dakin :
c
Dakin
3. Conclusion
a) Valeur de la concentration en masse de la solution de Dakin (détailler le calcul ci-dessous) :
c
Dakin=
Détail du calcul :
Question b) :
CORRECTION
1. Préparation d’une échelle de teintes
Solutions filles à préparer : (2 pts)
Solution-fille S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 S9
Vmère (en mL) (Volume de la solution
mère à prélever)
0,8 1,6 2,4 3,2 4 4,7 5,5 6,5 7
Vfille (en mL) (Volume de la solution-fille)
50 50 50 50 50 50 50 50 50
cfille (en mol.L-1) (Concentration de
la solution-fille)
1,6 10–3 3,2 10–3 4,8 10–3 6,4 10–3 8,0 10–3 9,4 10–3 1,1 10–2 1,3 10–2 1,4 10–2
Protocole expérimental détaillé : (2 pts)
Détail des calculs : (2 1 pt)
Calcul d’un volume à partir de la quantité de matière Calcul d’une concentration à partir du facteur de dilution La conservation de la matière impose :
nfille = nmère cfille Vfille = cmère Vmère
Vmère =
fille fille mère
c V
c
Pour la solution S3 :
A.N. : Vmère =
3 1
4,8.10 50 1,0.10
= 2,4 mL
Pour la solution S6 :
mère
filled
fille mère
V V f c
c
mère
mère
mèrefille
d fille
V V
c c
c f
A.N. : cfille =
1
10 6 1,0.10
,
= 9,4 10–3 g.L–12. Exploitation de l’échelle de teintes
Question a) : (0,5 pt)
Plus une solution colorée est concentrée, plus sa concentration en espèce colorante augmente et plus sa teinte s’obscurcit.
Valeur de la concentration molaire de la solution de Dakin :
(0,5 pt)9,4 10
–3 c
Dakin 1,1 10
–23. Conclusion
a) Valeur de la concentration en masse de la solution de Dakin (détaillez votre calcul ci-dessous) :
c
Dakin= 1,0 10
–2g.L
–1Détail du calcul :
Concentration en masse de la solution de Dakin :
0,0010 g pour 100 mL 0,01 g pour 1000 mL soit 10 mg.L–1 Question b) : (1 pt)
La valeur théorique de la concentration en permanganate de l’eau de Dakin se trouve bien dans l’intervalle déterminé expérimentalement. Les deux valeurs sont en accord.
FICHE TP
(0,5 pt)
Démarche Retrouver par comparaison la concentration d’une solution à partir d’une solution concentrée connue puis réaliser une dilution
Pré-requis L’élève a déjà effectué une dilution d’une solution mère.
L’élève connaît les concentrations massiques.
L’élève sait utiliser une burette graduée (repérage du zéro et absence de bulle d’air).
Compétences
évaluées Réaliser : Gérer son temps ; Utiliser de manière adaptée les instruments : mesures, verrerie...
Raisonner et argumenter : Déduire des relations possibles entre des faits, des situations. ; Concevoir une expérience et prévoir l’expérience témoin. ; Interpréter les résultats ; apprécier la cohérence d'un résultat (ordre de grandeur, unité, chiffres significatifs…) Mobiliser des connaissances : réaliser un schéma d’expérience ; utiliser la relation de proportionnalité ;
Communiquer : s’informer à partir de documents (textes, images, schémas, graphiques, …) ; rédiger (utiliser les connecteurs logiques…)
Préparation du poste de travail
Le matériel est disponible sur la paillasse du candidat.
Prévoir un tube à essais bouché qui contient 10mL de la solution commerciale d’eau de Dakin.
Prévoir sur la paillasse professeur la solution mère à verser dans les deux béchers de 250mL (les élèves viendront se servir avec un bécher de 100mL).
Déroulement de
l'épreuve Il est prévu 3 appels de la part du candidat :
Appel n°1 : Tableau de données complété, burettes remplies et ajustées au zéro (sans bulle)
Appel n°2 : Réalisation de la gamme étalon
Appel n°3 : Observer liste matériel et assister au pipetage.
Appel n°4 : Réalisation de la dilution et vérification avec l’eau de Dakin d’origine.
Notation La manipulation est notée sur 11 points durant la séance.
La partie écrite est notée sur 9 points après la séance.
Si un candidat n’appelle pas et semble en échec, l’examinateur lui apporte l’aide nécessaire. Les points ne lui sont pas attribués.
Si lors d’un appel le candidat n’a pas su réaliser le travail demandé, l’évaluateur lui donne la solution. Les points ne lui sont pas attribués.
Si, par défaut d’observation, l’examinateur a un doute quant à l’évaluation d’une tache, le(s) point(s) est(sont) attribué(s).
Remarques :
On peut éventuellement ne pas se limiter à l’échelle de teintes qui ne donne qu’un encadrement, et faire des mesures d’absorbance à l’aide de spectrophotomètres. Le tracé puis l’utilisation de la courbe d’étalonnage permet alors une détermination plus précise de la concentration en permanganate de potassium.
Mais si on regarde les projets de programme de 1ère S, c’est en 1ère S que le tracé d’une courbe d’étalonnage et son utilisation avec la loi de Beer-Lambert interviennent. Cette compétence n’est donc pas exigible en classe de seconde et une simple utilisation visuelle de l’échelle de teintes avec un encadrement de la concentration par comparaison de la teinte peut suffire.
Pour cette partie avec le spectrophotomètre, il faudrait inévitablement, après les avoir laissé réfléchir, donner des informations aux élèves. Faire les mesures d’absorbance à une longueur d’onde de 530 nm (c’est à cette longueur d’onde que le permanganate de potassium absorbe le plus).
Avec un petit spectrophotomètre Jeulin, en travaillant à 470 nm (au lycée, nous avons un lot de 10 filtres à cette longueur d’onde mais un seul filtre à 530 nm), même si nous ne sommes pas au maximum d’absorption, les résultats obtenus sont assez satisfaisants : on a trouvé 6,5.10-5 mol.L-1 au lieu de 6,3.10-5 mol.L-1.
En 1h30 de TP, nous avons eu le temps d’aller jusqu’aux mesures de l’absorbance des différentes solutions étalons, mais le tracé de la courbe d’étalonnage et l’interprétation étaient à finir à la maison.
Attention, toutes les solutions de Dakin vendues dans le commerce n’ont pas la même composition (0,0010 g de KMnO4 pour 100 mL de solution pour les marques Cooper et Valda, mais d’autres valeurs pour les autres marques). A vérifier impérativement avant de faire le TP…
Poste prof :
2 L de solution aqueuse de permanganate de potassium KMNO4 (50 mg /L) : 0,25 g / 5 L
Eau de Dakin récente : (solution de KMnO4, 10 mg/L)
2 béchers de 250mL.
1 bidon « futé ».
Pour chaque poste
5 tubes à essais sur rampe.
Eau distillée
1 pipette graduée de 10mL, 1 pipette jaugée de 10mL, 1 pipette jaugée de 5mL
1 poire à pipeter
1 éprouvette graduée 100mL
2 béchers 50 mL
Papier filtre
1 fiole jaugée 50 mL + bouchon
1 burette graduée de 25mL avec support
Lunettes et gants de protection
1 verre à pied (poubelle)
Recommandations :
- L’eau de Dakin est une solution qui se décolore avec le temps. Il est important d’utiliser une solution commerciale
« récente ». S’il n’est pas possible de s’en procurer, utiliser une solution aqueuse de permanganate de potassium à 10 mg/L ; - S’assurer que les élèves ne sont pas allergiques aux produits utilisés dans ce TP (l’eau de Dakin contient de l’eau de Javel).
Sources de l’activité
Activité n°3 p162 (BORDAS 2nd, Collection E.S.P.A.C.E Lycée)