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Octobre 2019 Page : 1 / 4 Devoir n°1 (2h) T
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I. C’est nickel !!! (3,5 points + 5 points pour le problème)
Le nickel est un métal gris argenté qui possède une très bonne résistance à la corrosion. La majorité des utilisations du nickel découle de cette propriété. On peut ainsi fabriquer des alliages métalliques ayant une faible sensibilité à la corrosion ou recouvrir d’une couche protectrice d’autres métaux ou alliages sensibles à l’oxydation comme le fer ou le laiton.
Cet exercice traite de l’électrolyse d’une solution pour recouvrir une pièce métallique d’une couche de nickel.
Données
Masse molaire du nickel : M(Ni) = 58,7 g.mol-1 ;
F : charge (en valeur absolue) d’une mole d’électrons : F = 9,65 104 C.mol-1
Pour réaliser le nickelage électrolytique d’un objet métallique, la solution à utiliser est choisie en fonction du résultat souhaité (aspect plus ou moins brillant, ...) mais la solution de volume V = 200 mL contient toujours des ions nickel Ni2+(aq) de concentration C0 = 1,0 mol.L-1.
1. Questions préliminaires
En pratique, la pièce à nickeler, immergée dans le bain d’électrolyse, est reliée au pôle négatif d’un générateur, alors que le pôle positif est relié à une électrode constituée de nickel pur comme le montre le schéma de la figure page 4.
1.1. Indiquer sur le schéma page 4 le sens conventionnel du courant, le sens des électrons et le sens de déplacement des ions nickel Ni2+. Justifier sur votre copie chacun des sens.
1.2. Pourquoi la pièce à nickeler est-elle reliée au pôle négatif du générateur ? Justifier en écrivant l’équation de la demi-réaction qui a lieu sur cette pièce.
1.3. La pièce à nickeler constitue-t-elle l’anode ou la cathode ? Justifier.
1.4. Comment évolue la concentration en ions nickel dans le bain d’électrolyse. Justifier votre raisonnement sans faire de calculs.
2. Problème : Durée de l’électrolyse
La masse de nickel à déposer sur la pièce est m = 7,5 g. L’intensité du courant utilisé est I = 6,0 A.
Calculer la durée t (en min) nécessaire à l’électrolyse (en supposant que son rendement est de 100%).
Une formule littérale avant un calcul numérique sera valorisée.
La qualité de la rédaction, l’analyse critique du résultat, la rigueur des calculs, ainsi que toute initiative prise pour mener à bien la résolution du problème seront valorisées.
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II. L’eau de Dakin (8 points + 3,5 points pour le problème)
L’eau de Dakin est un antiseptique utilisé pour le lavage des plaies et des muqueuses.
L’ion permanganate de formule MnO4- est la seule espèce colorée de l’eau de Dakin. L’objectif de cet exercice est de vérifier une partie des indications de l’étiquette ci-dessous.
Document 1 : Étiquette d’une eau de Dakin
Pour un volume V = 100 mL :
Solution concentrée d’hypochlorite de sodium, quantité correspondant à 0,500 g de « chlore actif » (Remarque : le chlore actif n’est autre que du dichlore) ;
Permanganate de potassium 0,00100 g ;
Dihydrogénophosphate de sodium dihydraté ;
Eau purifiée ;
En outre, l’eau de Dakin contient des ions chlorure.
Document 2 : Spectre d’absorption d’une solution de permanganate de potassium et cercle chromatique
Document 3 : Données
Masses molaires atomiques : M(KMnO4) = 158 g.mol-1 ; M(Cℓ) = 35,5 g.mol-1
Volume molaire des gaz dans les conditions de l’expérience : VM = 24,0 L.mol-1
Le contrôle qualité est considéré comme satisfaisant si l’écart relatif est inférieur à 5 %.
Ecart relatif = |valeur théoriquevaleur thévaleur oriqueexpérimentale|
Le degré chlorométrique (°chl) correspond au volume de dichlore libéré par litre de solution à 20°C et sous 1 bar.
Jusqu’à un titre de 5 °chl, les produits chlorés sont des antiseptiques ; au-delà, ce sont des désinfectants.
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400 nm 450 500 nm 550 600 nm 650 700 nm 750 780
Absorbance A
1. Concentration en ions permanganate
Afin de réaliser un dosage par étalonnage, on prépare un volume V0 = 500 mL d’une solution S0 de concentration en ions permanganate C0 = 2,0 mmol.L-1.
La solution S0 permet de préparer une gamme de solutions étalons dont on mesure l’absorbance A :
Solution S1 S2 S3 S4 S5
C (mmol.L-1) 0,200 0,160 0,120 0,080 0,040
A 0,442 0,360 0,262 0,176 0,088
1.1. Calculer la masse m0 de permanganate de potassium KMnO4 à peser pour préparer la solution S0. 1.2. A quelle longueur d’onde faut-il régler le spectrophotomètre pour réaliser ce dosage ? Justifier.
1.3. Expliquer quelle peut être la couleur de la solution S0.
1.4. Dans la liste suivante, cocher ( ) le matériel nécessaire pour préparer 100,0 mL de solution S1 à partir de la solution S0.
éprouvette graduée de 25 mL erlenmeyer de 25 mL éprouvette graduée de 100 mL bécher de 25 mL
éprouvette graduée de 10 mL poire à pipeter (ou pipeteur) pipette jaugée de 10,0 mL fiole jaugée de 100,0 mL pipette jaugée de 5,0 mL fiole jaugée de 50,0 mL pipette plastique graduée de 3 mL
1.5. Sur le graphique page 4 , tracer la courbe d’étalonnage A = f(C).
Echelles : Absorbance A : 1 cm pour 0,050 ; Concentration C : 1 cm pour 0,020 mmol.L-1
1.6. Déterminer la concentration molaire C en ions permanganate dans l’eau de Dakin, sachant que l’absorbance de la solution commerciale vaut A = 0,153, dans les mêmes conditions expérimentales.
1.7. En déduire la masse m de permanganate de potassium contenue dans la solution commerciale.
Donner le résultat avec 3 chiffres significatifs.
1.8. Calculer l’écart relatif (en %) par rapport à la valeur indiquée sur l’étiquette. Conclure.
2. Problème : Degré chlorométrique de l’eau de Dakin
Lorsqu’on verse de l’acide chlorhydrique concentré dans 100 mL de solution de Dakin, il se produit la réaction d’équation :
Cℓ
-(aq)+ CℓO
-(aq)+ 2 H
+(aq)→ Cℓ
2(g)+ H
2O
(ℓ) La masse de chlore actif indiquée sur l’étiquette correspond à la masse de dichlore Cℓ2 libéré au cours de cette transformation pour 100 mL de solution.
Confirmer le rôle antiseptique de l’eau de Dakin.
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I. C’est nickel !!!
II. L’eau de Dakin
Solution S1 S2 S3 S4 S5
C (mmol.L-1) 0,100 0,080 0,060 0,040 0,020
A 0,221 0,179 0,131 0,088 0,044
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O O
