TP C10 : TITRAGES - SIMULATION

I/Objectifs :

* Utiliser Excel pour tracer la coube de dosage conductimétrique réalisé au cours de TP C9

* Simuler et exploiter la courbe de dosage conductimétrique (conductivité)

* Simuler le dosage colorimétrique des ions Fer II par le permanganate de potassium .

 

II/ Dosage conductimétrique

a)Tracé de la courbe avec Excel :

*A partir du dossier MICROSOFT lancer Excel (Db click)

*Compléter les deux premières colonnes avec les mesures réalisées au TPC9 en commençant comme indiqué ci-dessous :

 

 

 

 

 

*Edition/Atteindre /Ok

*Click(assistantgraphique) / Nuage de points/ /suivant/suivant

*Compléter la fenêtre (titre ..........) /Fin

 

 

 

 

 

b)Impression :

*Avec la souris , étirer le graphique pour qu'il occupe une grande partie de l'écran

*Click droit au centre du graphique/ click gauche "Format de la zone de traçage"

*Cliquer sur "blanc" dans la zone "aires"

* Menu Graphique/options du graphique/onglet quadrillage

Cocher quadrillage principal pour les deux axes / Ok

*Fichier/Imprimer :

cocher "graphique sélectionné"

click "propriétés" / cocher "paysage"/Ok/Ok

*Récupérer le document à l'imprimante .

c)Equivalence :

Q1)Ecrire la réaction de dosage entre les ions oxonium et les ions hydroxyde .

Q2)Rappelez la définition de l'équivalence .

Q3)A l'équivalence la conductivité est minimale . Déterminer Veq .

d)Simulation :

*Fichier/fermer/Non (Ne pas sauver le fichier)

*Fichier/ouvrir/Titragescd2.xls/Ok

*Affichage/plein écran si le mode n'est pas déjà actif

Notations utilisées:

l(H3O+) : conductivité molaire ionique des ions oxonium .

l(OH-) : conductivité ploaire ionique des ions hydroxyde ........

Q4)Quelles sont en S.m2.mol-1 les conductivités molaires ioniques des ions H3O+ , OH- , Na+ Cl- .

Q5)Comparer les conductivités molaires ioniques :

* de Na+ et H3O+

* de Cl- et OH-

Exécution de la simulation :

*Transformation utilisée : ions oxonium + ions hydroxyde

*Accès au dosage conductimétrique

*Remplir la burette / titrage automatique

Q6)Déterminer le volume à l'équivalence Veq pour la simulation . Y a t-il un écart avec la valeur trouvée expérimentalement ? D'où peut provenir cet écart ?

Q7)Qelle est la valeur de [OH-] avant l'équivalence ?Quelle est la valeur de [H3O+] après l'équivalence ?

Q8)Déterminer l'expression littérale de la conductivité s en fonction de l(H3O+),l(OH-), l(Na+),l(Cl-), [H3O+] , [OH-], [Na+] et [Cl-]

a)Avant l'équivalence

b)A l'équivalence

c)Après l'équivalence . .

Q9)On note Va le volume initial de la solution d'acide chlorhydrique , Vb le volume de base versé , Ca la concentration de la solution acide et Cb la concentration de soude . Donnez l'expression littérale de s en fonction de ces quatre grandeurs et des conductivités molaires ioniques des ions présents dans le mélange

a)Avant l'équivalence

b)A l'équivalence

c)Après l'équivalence . .

Q10)En utilisant les résultats de la simulation, déterminer [Cl-] et [Na+] à l'équivalence. En déduire par le calcul la valeur numérique de la conductivité . Comparer avec la valeur donnée par le logiciel .

 

III/Dosage colorimétrique :

*Fichier/quitter sans sauver le fichier

a)Réaction de dosage :

Q11)Ecrire les demi-équations électroniques des couples (Fe3+/Fe2+) et (MnO4-/Mn2+ ) .

Justifiez le fait que MnO4- est oxydant en milieu acide .

Q12)En déduire l'équation de dosage entre les ions MnO4- et les ions Fe2+. Quelle relation doivent vérifier les quantités de matière des espèces introduites n(MnO4-) et n(Fe2+) à l'équivalence ?

b)Simulation :

A partir du dossier Microsoft Lancer " TITRAGE COLORIMETRIQUE"

*Choisir la réaction FER II + PERMANGANATE

*Executer la simulation (Remplir burette / titrage automatique )

A partir des diagrammes obtenus au cours de la simulation , répondre aux questions suivantes :

Q13)Quel est le volume de permanganate versé à l'équivalence ? La relation établie en Q12 est-elle vérifiée ? (détaillez votre réponse ).

Q14)Justifiez le fait qu'avant l'équivalence , dans le milieu réactionnel n(MnO4- présents)=0 .

Q15)Pourquoi la solution prend-elle une coloration violette lorsque l'équivalence a été atteinte ?

Q16)Calculer [Fe2+] , [Fe3+], [MnO4-] et [Mn2+]

a)A l'équivalence .

b)Lorsque Vversé = 20 mL

Correction :

1)H3O+ + OH- ---------> 2H2O

Les ions Na+ et Cl- qui sont ici des espèces inertes ne sont pas représentés dans l'équation .

2)L'équivalence est atteinte lorsque les réactifs ont été mélangés dans les proportions stoechiométriques de l'équation-bilan .

 

3)Veq= 40 mL

 

4)l(H3O+)= 3,5 10-2 S.m2mol-1 ; l(OH-)= 1,99 10-2 S.m2mol-1 ; l(Na+)= 5 10-3 S.m2mol-1 ;

l(Cl-) = 7,6 10-3 S.m2mol-1

 

5)l(H3O+) > l(Na+) et l(OH-) > l(Cl-)

 

6)Veq,theorique = 40 mL . S'il y a écart entre la valeur théorique et la valeur expérimentale , on peut penser à différentes raisons :

* Le prélèvement de 20 mL n'a pas été effectué correctement.

* Les solutions d'acide chlorhydrique et de soude n'ont pas été préparées avec suffisamment de précision .

 

7)Avant l'équivalence , la simulation fait apparaître que n(OH- dans le bécher) = 0 et par conséquent [OH-] = 0 mol/L . Après l'équivalence c'est n(H3O+) qui est nul et donc [H3O+] .

En fait , ces deux espèces coexistent toujours en solution aqueuse et leurs concentrations ne sont donc jamais rigoureusement nulles . Dans les intervalles mentionnés, elles sont toutefois en quantité très faible par rapport aux quantités introduites .

 

8)La relation générale , étant données les espèces ioniques présentes dans le milieu réactionnel est :

Tenant compte de la réponse à la question Q7 , nous obtenons :

a)Avant l'équivalence :

b)A l'équivalence :

c)Après l'équivalence :

 

9)Sachant que la réaction H3O+ + OH- ------> 2H2O est totale , nous pouvons écrire :

*n(H3O+ avant l'équivalence) = n(H3O+ initial) - n(OH- versés) = CaVa - CbVb et donc

[H3O+]avant l'équivalence = (CaVa - CbVb )/(Va+Vb)

*n(OH- après l'équivalence) = n(OH- versés) - n(H3O+ initial) = CbVb - CaVa et donc :

[OH-]après l'équivalence= (CbVb - CaVa )/(Va+Vb)

Les ions Na+ et les ions Cl- ne réagissent pas : ils subissent uniquement un effet de dilution :

[Na+] = CbVb /(Va+Vb) et [Cl-] = CaVa/(Va+Vb )

D'où l'expression de la conductivité :

a)Avant l'équivalence :

b)A l'équivalence

c)Après l'équivalence :

 

10)En se reportant à la simulation , nous avons à l'équivalence :

n(Cl-) = 2 10-3 mol et donc [Cl-] =2 10-3/60 10-3 = 0,033 mol/L = 33 mol/m3

Nous avons également : [Na+] = 0,033 mol/L = 33 mol/m3

s= (5 10-3 + 7,6 10-3)*33 = 0,41 S.m-1 .

C'est la valeur indiquée par le logiciel .

 

11)Fe3+ + e- = Fe2+

MnO4- + 8H+ + 5e- = Mn2+ + 4H2O

La présence d'ions H+ dans la demi-équation du couple (MnO4-/Mn2+) rend compte du caractère acide du milieu réactionnel où MnO4- est oxydant .

 

12)Fe2+=Fe3+ + e- || x 5

MnO4- + 8H+ + 5e- = Mn2+ + 4H2O

----------------------------------------------------------

5Fe2+ + MnO4- +8H+ ----------> 5Fe3+ + Mn2+ + 4H2O

A l'équivalence , nous devons avoir :

 

13)Veq = 13 mL

n(MnO4- versés) = CMnO4- * Veq= 3 10-2 * 13 10-3 = 3,9 10-4 mol

n(Fe2+ initial)/5 = Cfe2+ * V0/5 =1 10-1 * 20 10-3 /5 = 4 10-4 mol

A la précision de lecture près sur l'écran , la relation est donc vérifiée

 

14)La réaction dont l'équation-bilan est écrite ci-dessus est totale : Tant que l'équivalence n'est pas atteinte les ions MnO4- versés réagissent immédiatement avec les ions Fe2+ présents dans la solution contenue dans le bécher : la quantité d'ions MnO4- présents dans le bécher est donc nulle .

 

15)Lorsque l'équivalence est atteinte , tous les ions Fe2+ ont réagi . Si on continue à verser des ions permanganate, ceux-ci ne peuvent plus réagir et ils imposent alors à la solution contenue dans le bécher leur couleur violette .

 

16)a) Les quantités de matière sont lues sur l'écran .

[Fe2+] = 0 mol/L ; [Fe3+] = 2 10-3/33 10-3 = 6 10-2 mol/L ; [MnO4-] = 0 mol/L ; [Mn2+] = 4 10-4/33 10-3 = 1,2 10-1 mol/L

b)Vversé= 20 mL (après l'équivalence)

[Fe2+] = 0 mol/L ; [Fe3+] = 5 10-2 mol/L ; [MnO4-] = 2 10-4/40 10-3 = 5 10-3 mol/L ; [Mn2+] = 1 10-2 mol/L