TP de chimie des solutions Magistère PHYTEM
2008 - 2009
Grand laboratoire de Chimie Lundi 30 mars: 14h-18h
A1 : MONTEL Lorraine - OERDER Vera A2 : PELLETIER Adrien - COURTIAL Laurie B1 : DURAND Pauline - DUCLOS Guillaume
B2 : DUVERNOY Marie-Cécilia - EL MELLAH Ileyk C1 : KRISTENSEN Tom - KOFMAN Nicolas
C2 : DECAMPS Boris - DEHECQ Amaury D1 : BOSSE Anthony - FEDERSPIEL François
Mardi 31 mars: 8h30-12h30
A3 : MARTINET Nicolas MASUREL Robin A4 : REPELLIN Cécile - CRESPO Eléonore B3 : FEAT Simon + C6 : LATOUR Quentin-Xavier B4 : GAUBERT Cécile - KOFFEL Thomas
C3 : ACQUAVIVA Anaïs - LAVERIE Laure Nayélie C4 : AFGOUSTIDIS Alexandre BERTRAND Thibault D2 : RODITCHEV Ivan - ROGEZ Benoît
Mardi 31 mars: 14h-18h
A5 : MONNIELLO Léonard - COTTA Dylan B5 : SCHMITT Vivien - SCHULER Vivien
B6 : LAFFARGUE Tanguy - KON KAM KING Guillaume C5 : BONNE Jean-Louis - LE BRAS Julien
D3 : TUSCH Simon - VEST Julien-Piera
D4 : SIMENI SIMENI Marien - STEINITZ Grégoire D5 : LOUF Rémi - MALINOWSKI Tuhiti
Consigne : Les T.P. vous sont distribués en avance pour que vous puissiez les
lire. Le compte rendu est à rendre a la fin de votre séance. Vous pouvez d’ores et
déjà répondre à un certain nombre de questions (Ces questions sont grisées et
Solutions Aqueuses
De nombreuses réactions qui se produisent en solution aqueuse sont des réactions d'échange de particules telles que les protons, les ligands ou des électrons. Ces divers types de réactions apparemment très différentes sont formellement identiques et nous allons voir l'application de celles-ci dans le domaine de la chimie analytique avec l'exemple des dosages.
Un dosage permet de déterminer la concentration d'une espèce (ou de plusieurs espèces) dans une solution. Il existe un grand nombre de dosages, certains ne faisant pas intervenir de réactions chimiques tels que les dosages par spectrophotométrie ou par chromatographie gazeuse. Les méthodes titrimétriques constituent un autre groupe important de méthode de dosage, basés sur la détermination de la quantité d'un réactif de concentration connue (solution étalon) qui est nécessaire pour réagir complètement avec l'analyte. Le réactif peut être une solution étalon d'un produit chimique ou un courant électrique de grandeur connue, on parle alors de:
•
titrage volumétrique si on mesure le volume du réactif étalon
•
titrage gravimétrique si on mesure la masse du réactif étalon
•
titrage coulométrique si on mesure la charge (en coulombs) nécessaire pour mener à terme la réaction avec l'analyte.
Pour développer les différentes méthodes classiques de titrage, on considère les titrages
volumétriques. On définit le
point d'équivalence comme le point du titrage où la quantité deréactif étalon ajoutée est stoechiométriquement égale à la quantité d'analyte. Mais le point
d'équivalence est un point théorique qui ne peut pas être déterminé expérimentalement. Tout au
plus, peut-on estimer sa position en observant une modification physique associée à la condition
d'équivalence. Cette modification est appelée le point de fin de titrage. La différence de volume
entre le point d'équivalence et le point de titrage est appelée l'erreur de titrage. Pour détecter les
points de fin de titrage on utilise différentes techniques selon les instruments utilisés : la pH-
métrie, la potentiométrie, la conductimétrie, la colorimétrie…
I] Titrages Acido-basiques :
Lors de vos années d’études antérieures vous avez sûrement effectué des dosages de solution d’acides en utilisant une solution de soude de concentration connue. Pour obtenir un dosage précis, on prépare la solution de soude le jour même car cette solution se carbonate au fur et à mesure du temps à cause du dioxyde de carbone. Au cours de cette expérience, nous allons voir comment doser une solution de soude carbonatée.
Titrage de la soude carbonatée par l'acide chlorhydrique
Produits- HCl 1 molaire
- Soude carbonatée (NaOH 1 molaire) - solutions tampons 4 et 7
- pissette d’eau permutée - phénolphtaléine à 0.1 % - méthyl-orange
Marériel
1) Ordinateur + Simultit
2) b) 1 agitateur magnétique + barreau 1 pipette jaugée 10 mL
1 burette 25 mL 2 béchers 100 mL 3) 1 pH-mètre
2 électrodes (verre + calomel) 1 agitateur magnétique + barreau 1 pipette jaugée 10 mL
1 burette 25 mL 2 béchers 100 mL
4) 1 conductimètre et cellule de conductimétrie 1 agitateur magnétique + barreau
1 pipette jaugée 10 mL 1 burette 25 mL 2 béchers 100 mL
1) Simulation
Entrée des données :- Etudier par exemple le dosage de 10 mL de solution à 1,0 mol.L-1 de soude carbonatée à environ 50 % par HCl à 1,0 mol.L-1.
(Taux de carbonatation : x % = nombre de soude disparue / nombre de soude initiale × 100).
2) Titrage colorimétrique
Mode Opératoire
a) Préparation de la soude carbonatée
Dans un erlenmeyer de 250 mL, introduire environ 100 mL de soude 1 molaire. A l’aide d’une pipette jaugée, souffler doucement et par intermittence dans la solution pendant 10 minutes au moins (faire des pauses de temps en temps). L’air expiré contient du dioxyde de carbone qui se dissout dans la solution.
à deux gouttes de méthyl-orange. A ce moment la solution change de couleur. Continuer le titrage jusqu'à un changement de couleur.
3) Titrage pH-métrique
Mode Opératoire
Prélever 10 mL de la solution de soude carbonatée et les placer dans un bécher de 100 mL sous agitation (si les électrodes ne trempent pas, rajouter de l'eau permutée).Introduire les électrodes (calomel + verre) dans la solution. Tracer la courbe de dosage pH=f(VCl) de cette solution de soude par la solution d’acide chlorhydrique 1 molaire.
4) Titrage conductimétrique
Mode Opératoire
Prélever 10 mL de la solution de soude carbonatée et les placer dans un bécher de 100 mL sous agitation.
Introduire la cellule conductimétrique (si les électrodes ne trempent pas, rajouter de l'eau permutée).
Tracer la courbe de dosage G=f(VCl) de cette solution de soude par la solution d’acide chlorhydrique 1 molaire.
5) Résultats expérimentaux et Interprétation
Questions à préparer :
a) Décrire le phénomène de dissolution du dioxyde de carbone dans une solution aqueuse de soude.
Donner les différents couples acido-basiques des ions carbonates.
b) Donner la composition de la soude 1 molaire si elle est carbonatée à 50%.
c) Décrire le fonctionnement des différentes électrodes utilisées.
Prévoir le pH et donner la composition de l’eau de robinet, de l’eau distillée et de l’eau permutée.
Justifier ainsi l’utilisation de l’eau permutée.
Questions auxquelles répondre pendant le T.P. :
d) Vérifier les différents pH prévus dans la question précédente.
e) A partir de la simulation obtenue décrire les différentes réactions de dosage.
f) Décrivez les changements de couleur obtenus lors du titrage colorimétrique. Donner les espèces dosées par les deux indicateurs et justifier l'emploi de ces deux indicateurs.
g) Déterminer les volumes équivalents par la méthode de la dérivée dans le cas du dosage pH-métrique.
h) Décrire le dosage conductimétrique (différentes portions de droites).
i) Calculer la concentration de la soude et des ions CO32-, puis le taux de carbonatation de la soude pour les trois titrages.
j) Calculer l'incertitude faite sur la détermination du titrage de la soude carbonatée pour les différentes méthodes et conclure.
k)
II] Titrage par précipitation
Les titrages par précipitation, qui sont basés sur la formation de composés de solubilité limitée, constituent une des plus anciennes techniques analytiques puisqu'elle remonte au milieu du 19e siècle.
Cependant la vitesse de formation de la plupart des précipités limite considérablement le nombre des agents précipitants qui peuvent être utilisés aux fins de titrages. Le réactif précipitant le plus important est le nitrate d'argent qui est utilisé pour le dosage des halogénures et de quelques anions semblables aux halogénures (SCN-, CN-, CNO-). Les méthodes de titrage basées sur le nitrate d'argent sont parfois appelées méthodes argentimétriques.
Titrage potentiométrique des ions chlorures par les ions argents
Matériel Produits
1 potentiomètre 1 électrode d’argent
1 électrode de calomel avec un manchon 2 béchers de 100 mL
1 burette de 25 mL
Solution de chlorure de potassium à 10-2 mol.L-1 Solution de nitrate d’argent à 2 10-2 mol.L-1 Solution saturée de nitrate de potassium KNO3
Mode Opératoire
Verser dans un bécher de 100 mL, 20 mL de la solution de KCl à 0.01 mol.L-1. Introduire dans la burette la solution de nitrate d'argent à 0.02 mol.L-1. On utilise pour mesurer une différence de potentiel une électrode de mesure en argent et une électrode de calomel comme référence protégée par un manchon contenant du nitrate de potassium saturé. Relier les électrodes aux bornes d'un millivoltmètre de haute impédance.
Introduire les électrodes dans la solution et mesurer la différence de potentiel en fonction du volume de nitrate d'argent versé.
Questions à préparer :
a) Donner le rôle des différentes électrodes et du manchon de protection.
Questions auxquelles répondre pendant le T.P. : b) Interpréter la courbe de dosage.
c) Déterminer le produit de solubilité du chlorure d’argent.
III] Introduction à l'électrochimie 1) Cellules électrochimiques
Corrosion galvanique
Matériel Produits
- bécher 250 mL - milliampèremètre - 2 fils électriques - millivoltmètre - plaque de fer - plaque de cuivre - support de plaques
- solution aqueuse de chlorure de sodium à 3%
- solution d’hexacyanoferrate(III) K3Fe(CN)6 0,1mol.L-1
- phénolphtaléine
Mode opératoire
On plonge une lame de cuivre et une lame en fer (préalablement décapées) dans une solution de chlorure de sodium à 3%. Mesurer la ddp entre les 2 électrodes en circuit ouvert. Relier les 2 électrodes à l’aide du milliampèremètre. Observer la variation de l’intensité au cours du temps. Ajouter quelques gouttes de phénolphtaléine et quelques gouttes de ferricyanure de potassium K3Fe(CN)6. Observer.
Questions à préparer :
a) Quel rôle joue le chlorure de sodium ? Quelle est son influence sur la corrosion ? b) Prévoir les différentes réactions aux électrodes.
c) Citer un exemple pratique où peut intervenir une corrosion galvanique telle qu’illustrée ci-dessus.
d) Connaissez-vous des méthodes de protection contre la corrosion.
Questions auxquelles répondre pendant le T.P. :
e) Interpréter les phénomènes observés au cours de l’expérience.
plaque de cuivre plaque de fer
milliampèremètre
hexacyanoferrate (III)
+ phénolphtaléine
2) Titrage impliquant des réactions d'oxydo-réduction
Dosage des nitrates dans un engrais liquide
Le dosage des nitrates, en particulier dans l’eau de consommation domestique, est un point important de santé publique. Leur toxicité provient essentiellement de leur transformation en nitrites dans l’organisme.
La principale source de pollution de l’eau par les nitrates est l’utilisation massive d’engrais. On se propose d’illustrer ici une méthode de détermination de la composition en azote nitrique d’un engrais de jardin.
Matériel Produits
- fiole jaugée de 250 mL - erlen de 250 mL - bécher de 250 mL - burette de 25 mL
- agitateur magnétique + barreau - éprouvette de 50 mL
- pipette jaugée de 20 mL - réfrigérant à air + bouchon - plaque chauffante
- engrais liquide (Substral)
- solution acidifiée de sel de Mohr 0,2 M - acide sulfurique concentré
- orthophénantroline ferreuse - solution de K2Cr2O7 10-2 M
Mode opératoire
- Peser précisément une masse voisine de 2 g d’engrais liquide dans une fiole jaugée de 250 mL.
Compléter au trait de jauge avec de l’eau distillée.
- Dans un erlenmeyer de 250 mL, introduire 20 mL de solution de sel de Mohr (sulfate de fer(II) et d’ammonium), 20 mL d’acide sulfurique et 20 mL de la solution d’engrais préparée précédemment.
- Boucher avec un bouchon muni d’un réfrigérant à air. Porter à ébullition pendant 5 minutes.
- Refroidir, puis prélever 20 mL de la solution dans un bécher de 250 mL. Ajouter 50 mL d’eau distillée et 5 gouttes d’orthophénantroline ferreuse.
- Doser par une solution de dichromate de potassium 0,01 mol/L (un premier dosage grossier, puis un deuxième dosage plus précis).
Questions à préparer :
a) Ecrire l’équation chimique de la réaction des ions nitrate avec le sel de Mohr. Justifier l’ajout d’acide sulfurique.
b) Ecrire l’équation chimique de la réaction de dosage.
Questions auxquelles répondre pendant le T.P. :
