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Thème : Constitution et transformation de la matière TP03

Chimie 2 Conductance et courbe d’étalonnage  Chap.2

Objectifs du TP : - Mesurer une conductance et tracer une courbe d’étalonnage pour déterminer une concentration I. Conductance G et conductivité 

 En raison de leur constitution, les solutions ioniques sont susceptibles de conduire le courant électrique. Cette capacité à conduire le courant peut être quantifiée à l’aide d’une grandeur, la conductance, qui dépend de la nature et de la concentration des espèces ioniques.

Question préalable (S’approprier)

1) Reproduire le schéma du Document 1 en y plaçant les deux multimètres nécessaires à la détermination de G.

Protocole expérimentale (Analyser - Réaliser)

2) En vous aidant du matériel mis à disposition, proposer un protocole permettant de savoir quelle solution S1/S2 est la plus conductrice.

 Faire vérifier par le professeur puis le réaliser. 

3) Formuler des hypothèses sur les paramètres qui sont susceptibles d’influencer la valeur de la conductance G.

4) Proposer une démarche expérimentale afin de tester vos hypothèses.

 Faire vérifier par le professeur puis le réaliser.  Exploitation (Valider)

5) Parmi les 4 relations proposées dans le Document 2, laquelle est conforme à vos résultats expérimentaux ? 6) En déduire l’unité de la conductance σ.

II. Dosage par étalonnage conductimétrique

 Le Pavillon tacheté est un poisson qui peut être élevé en aquarium dans une eau salée adaptée.

05/02/22 tempfile_1606.doc

Matériel et produits mis à votre disposition

Becher de 100 mL

Deux plaques de cuivre avec support et pinces croco

 GBF avec 2 fils

 Deux multimètres

 Fils de connexion

 Solution S1 de chlorure de sodium (Na⁺, Cℓ^-) à 0,1 mol.L^-1

 Solution S2 de soude (Na⁺, HO^-) à 0,1 mol.L^-1

 Réserve d’eau distillée Document 2 : De la conductance à la conductivité

Soient S la superficie immergée des électrodes et ℓ la distance entre les électrodes. Les 4 expressions suivantes de la conductance G sont proposées :

 G = ℓ  S    G =



S    G =

S

    G =

 S



Le coefficient σ (lire sigma) est la conductivité de la solution. Sa valeur est d’autant plus élevée que la solution conduit le courant.

Document 1 : Mesure de conductance

Deux électrodes planes plongent dans une solution aqueuse électrolytique (c’est-à-dire contenant des ions). Cet ensemble constitue un dipôle électrique ayant le comportement d’un conducteur ohmique de résistance R.

Il vérifie donc la loi d’Ohm, à savoir U=R×I dans laquelle U est la tension à ses bornes (en Volt) et I l’intensité du courant qui le traverse (en Ampère).

La conductance de la portion de solution entre deux électrodes, notée G, exprimée en siemens de symbole S, est l’inverse de la résistance de ce dipôle :

G = R 1 =

U I

Pour faire les mesures de U et I, on place le dipôle dans un circuit comprenant un GBF (générateur basse fréquence) délivrant une tension sinusoïdale d’environ 5 kHz. Les appareils de mesures doivent être placées en mode AC.

(2)

 Problématique : Comment effectuer un contrôle qualité d’une solution ionique ?

Document 8 : Matériel

 Conductimètre préalablement étalonné avec sa sonde

 Burette graduée

 6 petits pots

 Solution de chlorure de sodium à 2,5×10^-2 mol.L^-1

 Fiole jaugée 50,0 mL avec bouchon

 Pipette graduée 5,0 mL

 Pissette d’eau distillée

 Eau d’un aquarium

Document 4 : Le Pavillon tacheté

Le Pavillon tacheté, aussi appelé Argus vert est un poisson d’eau salée, peu agressif, qui s’adapte facilement en aquarium. Il est souvent choisi par les aquariophiles débutants.

Pour favoriser la bonne acclimatation de ces poissons à leur nouvel environnement, l’eau de l’aquarium doit avoir une concentration en masse en chlorure de sodium égale à 3,0 ± 0,3 g.L^-1. Pour vérifier cette concentration, un échantillon d’eau est prélevé et est confié à des chimistes… vous.

Document 5 : Loi de Kohlrausch

Si une solution ionique est suffisamment diluée (C < 10^-2 mol.L^-1) , la conductivité σ de la solution s’exprime en fonction des concentrations des ions qu’elle contient. Pour une solution contenant deux types d’ions X_1(aq) et X_2(aq), on a la relation :

σ = λ₁ × [X₁] + λ₂ × [X₂] σ : conductivité de la solution (S.m^-1)

λ₁ et λ₂ : conductivité molaire ionique de de l’ion X_i en S.m².mol^-1

[X₁], [X₂] : concentration de X_1(aq) et X_2(aq) en mol.m^-3 Document 6 : Données

Conductivités molaire ioniques λ_Na⁺ = 5,01 × 10^-3 S.m².mol^-1 λ_Cℓ^- = 7,63 × 10^-3 S.m².mol^-1 Masses molaires :

M(Na) = 23,0 g.mol^-1 ; M(Cℓ) = 35,5 g.mol^-1 Document 7 : Solutions à préparer

A l’aide d’une solution de concentration en chlorure de sodium (Na⁺_(aq)+ Cℓ^-_(aq)) égale à 2,5×10^-2 mol.L^-1, nous souhaitons préparer 6 solutions dont les concentrations sont indiquées dans le tableau ci-dessous.

Concentration C en mol.L^-12,5 × 10^-27,5 × 10^-35,0 × 10^-34,0 × 10^-32,0 × 10^-31,0 × 10^-3Vm à prélever (en mL)σ_exp (mS.cm^-1)

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Protocole expérimental (Réaliser)

1) Réaliser les solutions du doc.7 après avoir calculé le volume Vm de solution mère à prélever.

2) Mesurer les conductivités σexp de chacune des solutions afin de compléter le tableau.

3) Sous Regressi, tracer le graphique σexp = f(C). Modéliser la partie linéaire de la courbe et donner l’expression de son modèle.

Exploitation (Analyser)

4) La loi de Kohlrausch est-elle vérifiée pour toutes les concentrations ?

5) Indiquer la valeur du coefficient directeur k de la droite et expliquer sa signification physique en exprimant cette valeur en unités S.I. si possible.

6) Calculer la valeur théorique kthéo de ce coefficient de proportionnalité. Pourquoi ne retrouve-t-on pas la valeur précédente ?

7) Après avoir converti la valeur de kexp en S.m².mol^-1, calculer le pourcentage d’écart relatif entre les valeurs kthéo et kexp.

Problème (Raisonner – Réaliser - Valider)

8) Proposer un protocole permettant de savoir si l’eau de l’aquarium est compatible avec les Pavillons tachetés.

 Faire vérifier par le professeur puis le réaliser.  Exploitation (Analyser)

9) Donner un encadrement à 95% de la concentration massique t en chlorure de sodium dans l’eau analysée.

Conclure.

Document 9 : Incertitudes de type A (Voir livre Hachette p.453 pour plus d’informations)

À partir des mesures de chaque groupe, nous allons déterminer l’intervalle de confiance sur la valeur de la concentration de l’eau de l’aquarium. Pour cela, utilisons les statistiques (moyenne, écart type…).

 Regrouper toutes les valeurs de la classe dans le tableau suivant :

Groupe 1 2 3 4 5 6 7 8 9

Titre massique t (en g.L^-1)

 La valeur moyenne t du titre massique pour les N valeurs vaut t =



ⁿ

i i

n t 1

 L’écart type σn-1 donne une idée de la dispersion ou de l’étalement des données avec σn-1 = _



ⁿ ^

i

i t

n

)2

t 1 ( 1

 L’incertitude type ou élargie indique que la valeur mesurée vaut t ± δt à x %.

 Intervalle de confiance à 68% (ou incertitude type) : t type = n

1 -

σn

 Intervalle de confiance à 95% (ou incertitude élargie) : t élargie = n

1 -

σn

2