corrigé du tp

TP NEW STYLE THÈME OBSERVER/MATIÈRES COLORÉES/AVANCEMENT PAGE 1 / 5 DOSAGE COLORIMÉTRIQUE D’UNE SOLUTION DE LUGOL 1S NOM : ............................ PRÉNOM : ....................... CLASSE : ................... DATE : ...................................... Document 1 : Le médicament Le Lugol est une solution antiseptique vendue dans le commerce. Cette solution contient du diiode qui donne à la solution sa couleur jaune Document 2 : Formulation de la solution de Lugol Iodure de potassium : 2 g
Iode métalloïde I2 : 1 g
Eau q.s. ad 100 g (1)
La formule ci-­‐dessus est prescrite sous le nom « Lugol » à 1 % (2) La formule officielle à la pharmacopée française est : soluté iodo-­‐ioduré fort dit de Lugol. (3) (1)
q.s. = quod satis, expression latine signifiant en quantité suffisante. La notice indique "contient 1% de diiode", ce qui signifie que 100 g de solution contient 1 g de diiode. (3)
+
-­‐
Pour augmenter la solubilité du diiode dans l’eau, on y ajoute un excès d’iodure de potassium (K (aq) + I (aq)) (2)
Doc 3: Propriétés des espèces chimiques • Solution de Lugol : Le diiode en solution aqueuse est responsable de la couleur jaune marron de la solution qui le renferme • Solution aqueuse de thiosulfate de sodium (Na+(aq) + S2042-­‐ (aq) ) L’ion thiosulfate S2042-­‐ et l’ion sodium Na+ en solution aqueuse sont sans effet sur la couleur de la solution • Solution d’iodure de potassium (K+(aq) + I-­‐(aq)) sans effet sur la couleur de la solution • L’ion thiosulfate S2042-­‐ en présence de diiode réagit pour former des ions tétrationate S4082-­‐ (aq) et ions iodure + I-­‐ Empois d’amidon L’empois est obtenu par agitation de la poudre d’amidon dans de l’eau chaude. L'empois d'amidon est constitué d’une grosse molécule structure hélicoïdale dans laquelle vient se loger le diiode. Le complexe ainsi formé colore la solution d’une couleur bleue, intense Doc 4: Technique de laboratoire : Le dosage •
complexe de l’amidon avec le diiode Doc 5: Technique de laboratoire : utilisation de la burette graduée • Placer un récipient ( dit poubelle) sous la burette • Rincer la pipette d’abord avec de l’eau distillée robinet grand ouvert • Rincer avec la solution titrante robinet grand ouvert • Fermer le robinet , et remplir la burette au delà de la graduation « zéro » • Ouvrir le robinet en grand, le temps de purger la burette, c’est à dire chasser les bulles d’air (observer le bas de la burette) • Rajouter du réactif titrant si nécessaire afin que le niveau dépasse la graduation « zéro » • Faire la mise à zéro, en ajustant le niveau sur la graduation zéro en veillant à bien positionner son regard au niveau du trait pour éviter des erreurs de parallaxe, le bas du menisque doit affleurer la graduation. Doc 6: Masse molaire atomique : Élément K Masse molaire atomique 39,10 (g.mol-­‐1) 5 min RAIS A B C D 5 min RAIS A B C D 5 min RAIS A B C D RAIS A B C D I S O Na 126,9 32,07 16,00 22,99 Manipulation I. La solution commerciale de Lugol (doc1) a) Montrer que la masse molaire moléculaire du diiode vaut 254 g.mol-­‐1.( M ( I )= 127 g.mol-­‐1 ) 𝑀 𝐼! = 2×𝑀(𝐼 ! ) 𝑀 𝐼! = 2×127 𝑀 𝐼! = 254 𝑔. 𝑚𝑜𝑙 !! b) On considère que 1L de solution ont une masse de 1kg (1 kg vaut 1000 g). Montrer que la quantité de matière en diiode contenue dans 1L de solution vaut vaut 3,9x10-­‐2 mol.( 1L = 10-­‐3 mL ) la quantité de matière de diiode contenue dans un Litre de solution 𝑚(!! )
𝑛(𝐼! ) = 𝑀(!! )
il faut donc chercher la masse de diiode contenue dans un litre de Lugol le doc 2 indique : "contient 1% de diiode", ce qui signifie que 100 g de solution contient 1 g de diiode 𝑚!"#$!
×100 = 1% 𝑚(𝐼! )
d’où la masse de diiode contenue dans une masse de lugol est donnée par 𝑚!"#$!
𝑚(𝐼! ) = ×1 100
!
si 𝑚!"#$! = 10 𝑔 10! 𝑚(𝐼! ) = ×1 100
𝑚 𝐼! = 10𝑔 d’où 10
𝑛(𝐼! ) = 254
(𝐼! ) = 3,9. 10!! 𝑚𝑜𝑙 II. Dilution Avant le dosage on décide avant le dosage de diluer 10 fois la solution commerciale. On dispose pour cela du matériel de laboratoire suivant : Béchers de 50 mL, 100 mL, 500 mL Pipettes jaugées de 5mL, 10 mL, 20 mL, 25 mL Éprouvettes graduées de 50mL, 100 mL, 250 mL Fioles jaugées de 50 mL, 100 mL, 500 mL, 1L. Pipettes graduées 10mL , 25 mL , 30 mL a) Que vaut le facteur de dilution ? 𝑉!"##$
𝐶!è!"
𝐹=
=
= 10 𝐶!"##$
𝑉!è!"
Pour diluer 10 fois , le volume de la solution fille doit être dix fois plus grand que le volume de la solution mère à prélever b) Quelle verrerie utiliseriez-­‐vous pour réaliser la dilution ? (types et volumes) Pour le prélèvement : une pipette jaugée Pour réaliser la solution fille : une fiole jaugée Choix possible : -­‐ pipette jaugée de 10mL et une fiole jaugée de 100 mL Ou -­‐ pipette jaugée de 5 mL et une fiole jaugée de 50 mL b) Réaliser la dilution 5 min le prélèvement ne doit pas être fait dans le flacon qui renferme la solution mère ; mais dans un becher REA A B C D dédié à cet usage -­‐ la pipette jaugée pour le prélèvement doit être rincée une fois à l’eau distillée et une seconde fois avec un peu de solution mère -­‐ la fiole jaugée ne nécessite qu’un seul rinçage à l’eau distillée -­‐ la burette graduée rincée d’abord à l’eau distillée puis avec un peu de solution titrante III) La réaction de dosage 10 min Pour réaliser le dosage du diiode de la solution de Lugol , on fait réagir une solution de thiosulfate de APP A B C D sodium, sur une prise d’essais de 10,0 mL de la solution diluée de Lugol précédemment préparée. a) Écrire l’équation chimique ajustée du dosage (doc 3) 𝐼! (!") + 2𝑆! 𝑂! !! (!") → 2𝐼 ! (!") + 𝑆! 𝑂! !! (!") 5 min les ions sodium, ions potassium et ions iodure déjà présents dans le lugol sont des espèces spéctatrices APP A B C D et ne doivent pas apparaître dans l’équation de la réaction chimique b) Quelle est la solution titrante, dans quelle verrerie sera-­‐elle placée ? (doc 4) -­‐ la solution titrante est la solution de thiosulfate de sodium car sa concentration est connue -­‐ la solution titrée est la solution de lugol dont on cherche à déterminer la concentration c) (appel du professeur pour vérification) 5 min Remplir la burette avec la solution titrante REA A B C D -­‐ le remplissage de la burette, son remplissage, et l’évacuation de la bulle nécessitent un bécher dit bécher poubelle placé sous la burette -­‐ l’erlenmeyer qui reçoit la solution titrante ne nécessite qu’un rinçage à l’eau distillée -­‐ le barreau aimanté de l’agitateur magnétique doit être rincé et sécher avant d’être introduit dans l’erlenmeyer d) Prélever précisément un volume V1=10,0 mL de solution de Lugol diluée précédémment et le 2 min transvaser dans l’erlenmeyer contenant l’agitateur magnétique REA A B C D e) Ajouter approximativement 20 mL d’eau distillée et préciser la verrerie utilisée -­‐ l’ajout d’eau distillée dans l’erlenmeyer qui contient la solution titrée, ne nécessite pas l’utilisation d’une verrerie précise f) Ajouter quelques gouttes d’empois d’amidon g) Justifier la couleur de la solution, après l’ajout d’empois d’amidon (doc. 3) 2 min L’empois d’amidon , colore la solution de lugol en bleu très sombre , car du diiode est présent APP A B C D h) Mettre en route l’agitateur magnétique, puis verser progressivement 1,00 mL de solution titrante 2 min A ce stade quel est le réactif limitant ? justifier votre réponse RAIS A B C D La solution demeure bleue foncée , à ce stade , il y a toujour du diiode présent dans la solution malgré l’ajout de thiosulfate. Le diiode est en excès , le réactifi limitant à ce stade est donc l’ion thiosulfate de la solution titrante i) A quel moment observera-­‐t-­‐on une décoloration de la solution titrée contenue dans l’erlenmeyer? 2 min Justifier votre réponse RAIS A B C D comme les espèces chimiques formées par la réaction de dosage sans influence sur la couleur de la solution ; on observera une décoloration quand de diiode aura totalement disparu, car dans ce cas l’empois d’amidon est incolore l’empoi d’amidon permet de détecter le moment précis ou tout le diiode aura disparu, la solution deviendra alors incolore IV) Equivalence (doc4) 10 min Verser très lentement de la solution titrante, jusqu’à ce que une décoloration temporaire de la solution REA A B C D titrée, ajouter alors goutte à goutte de la solution titrante et fermer le robinet sitôt que la décoloration de la solution titrée soit permanente (à la goutte près !). Relever précisément le volume de solution titrante versée VE Il est très important que l’équivalence soit obtenue à la goutte près , dans la négative refaire un dosage en suivant le même protocole VE= 8,0 mL (valeur moyenne des groupes) 10 min ANA A B C D V. Exploitation du dosage a) Compléter le tableau d’avancement ci-­‐dessous, avec les quantités mises en présences au moment de l’équivalence. Les quantités de matières seront exprimées en fonction des concentrations et volumes versées C1 et V1 de la prise d’essai et C2 et VE de la solution titrante Les quantités initiales versées à l’équivalence 𝑛(𝐼! )! = 𝐶! . 𝑉! 𝑛(𝑆! 𝑂! !! )! = 𝐶! . 𝑉! équation de la réaction état du système état initial état intermédiaire état final 𝐼! (!") + ⎯
2𝑆! 𝑂! !! (!") → 2𝐼 ! (!") avancement !!
+ 𝑆! 𝑂! (!") Quantités 0 𝐶! . 𝑉! 𝐶! . 𝑉! n 0 x 𝐶! . 𝑉! − 𝑥 𝐶! . 𝑉! − 2𝑥 𝑛 + 2𝑥 𝑥 x = xmax 𝐶! . 𝑉! − 𝑥!"# 𝐶! . 𝑉! − 2𝑥!"# 𝑛 + 2𝑥!"# 𝑥!"# 2 min b) q
ue p
eut o
n d
ire d
es q
uantités d
e m
atières d
es r
éactifs mis en présence au moment de ANA l’équivalence ?
A B C D les deux réactifs sont tous deux limitants , ils disparaissent 𝑛 𝐼! ! = 𝐶! . 𝑉! − 𝑥!"# = 0 𝑛(𝑆! 𝑂! !! )! = 𝐶! . 𝑉! − 2𝑥!"# = 0 4 min c) Ecrire la relation que l’on peut écrire entre les quantités de réactifs mis en présence au moment de ANA A B C D l’équivalence. L’exprimer en fonction des concentrations et volumes versées C1 et V1 de la prise d’essai et C2 et VE de la solution titrante Il n’y a qu’une seule valeur de 𝑥!"# 𝐶! . 𝑉! − 𝑥!"# = 0 𝑥!"# = 𝐶! . 𝑉! et 𝐶! . 𝑉! − 2𝑥!"# = 0 𝐶! . 𝑉!
2
les quantités de réactifs introduit à l’équivalence forment un mélange stoechiométrique 𝐶! . 𝑉!
𝐶! . 𝑉! =
2
d) Exprimer littéralement, puis calculer la concentration molaire en diiode C1 de la prise d’essais de 4 min solution de lugol ANA 𝐶! . 𝑉!
A B C D 𝐶! =
2. 𝑉!
𝐶! = 1,0. 10!! 𝑚𝑜𝑙. 𝐿!! 𝑉! = 8,0. 10!! 𝐿 𝑉! = 10,0. 10!! 𝐿 1,0. 10!! ×8,0. 10!!
𝐶! =
2×10,0. 10!!
𝑥!"# =
𝐶! = 0,40. 10!! 𝑚𝑜𝑙. 𝐿!! d) En déduire la cencentration molaire en diiode de la solution commerciale de Lugol 4 min La solution dosée provient de la dilution de la solution commerciale d’un facteur 10 ANA A B C D 𝐶 = 10×𝐶! 𝐶 = 4,0. 10!! 𝑚𝑜𝑙. 𝐿!! d) Comparer le résultat obtenu avec la valeur estimée de la concentration massique de la solution 4 min commerciale de Lugol VAL A B C D La valeur trouvée est proche de la valeur donnée en I b d) En déduire la concentration massique Cm en diiode de la solution commerciale de Lugol 4 min 𝐶! = 𝐶. 𝑀 𝐼! ANA 𝐶
= 4,0. 10!! ×254 !
A B C D 𝐶! = 10. 𝑔. 𝐿!! Compétences Mobiliser-­‐ MOB S'approprier APP Formuler une hypothèse Valider VAL Communiquer COM Être autonome Faire preuve d'initiative AUT Proposer une démarche expérimentale Proposer un modèle Réaliser REA Rechercher, extraire, organiser l'information Énoncer une problématique, définir des objectifs Analyser ANA Restituer des connaissances (définition, vocabulaire, relation, loi) Expliquer, argumenter, démontrer Suivre un protocole Effectuer un montage Utiliser un logiciel Utiliser de la verrerie Effectuer une mesure Faire un schéma Utiliser des outils mathématiques, modéliser Effectuer un calcul Valider ou invalider une hypothèse, un résultat S'exprimer par écrit S'exprimer à l'oral Travailler en groupe Travailler en autonomie