2008

Genève, le 12.11.2008
Laboratoire du 05-07.11.2008
décomposition thermique
Groupe 9
DÉCOMPOSITION THERMIQUE
Emilie Chappuis
Bsc1
[email protected]
Coralie Fournier
Bsc1
[email protected]
1. RÉSUMÉ
Lors de la décomposition thermique de l'oxalate de cobalt,, nous avons obtenu les fractions massiques
suivantes :
à 120°C : 0.973
à 500°C : 0.449
à 900°C : 0.426
Nous avons également déterminé certaine fraction massique à l'aide de titrage redox :
Teneur en acide oxalique : y H 2C2O4 = 0.506
Teneur en cobalt : yCo = 0.252
Finalement, ces différents résultats nous ont permis de définir la formule exacte de notre sel de cobalt, c'est-àdire de l'oxalate de cobalt (II) dihydraté :
CoC2O4 ⋅ 2 H 2O
2. INTRODUCTION
Lors de cette expérience nous avons la possibilité d’observer quelques réactions lorsque nous étudions
les flammes du bec Bunsen et de la bougie. De plus, le but principal de cette expérience est l’étude de la
décomposition thermique qui nous permettra de déterminer la formule exact de notre sel d’oxalate de cobalt,
celle-ci sera affinée par différent titrage redox.
3. MÉTHODOLOGIE :
31. Décomposition thermique
Décomposition de l’oxalate de calcium monohydraté : Sécher 1 g de CaC2O4 pendant 45 minutes dans l’étuve
à 60°C. Prendre deux creusets et un bécher propres et bien secs (30 minutes à 120°C) et y ajouter environ
0.15 g de sel. Mettre, pendant 2 heures, le bécher dans l’étuve à 120°C, un creuset dans le four à 500°C et le
deuxième dans le four à 900°C
Décomposition de l’oxalate de cobalt : Laver et sécher à nouveau le bécher et les creusets puis procéder
comme pour l’oxalate de calcium mais peser à la place 0.15 g d’oxalate de cobalt.
Détermination de la matière organique : Sécher 1 g d’échantillon (sol II) 30 minutes dans l’étuve à 60°C.
Prendre 2 creusets propres et secs et y introduire 0.15 g d’échantillon puis les laisser dans le four à 900°C
pendant la nuit.
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3.2. Structure d’une flamme
Nous avons fait diverses observations avec une flamme de bec Bunsen et une de bougie. Avec le Bec
Bunsen, nous observons les trois flammes différentes qui peuvent être obtenues en réglant l’ouverture de
l’aération. Observer lorsqu’on met un creuset dans la flamme et un fil de tungstène.
Avec la bougie, observer en mettant le fond d’un bécher (a) et l’ouverture d’un bécher (b) au dessus de la
flamme. Observer en chauffant l’ouverture d’un Erlenmeyers (c) et ensuite y verser 10 ml de solution saturée
d’oxyde de calcium observer la différence lorsqu’on met cette même solution dans un Erlenmeyer non chauffé.
Observer notre flamme quand nous l’entourons d’un fil de cuivre (d) et pour finir essayer d’allumer à nouveau
la flamme en mettant dans la fumée qu’elle dégage lorsque qu’on souffle notre bougie, une allumette allumée
(e).
3.3. Formule d’un oxalate de cobalt
•
Teneur en oxalate par titrage redox : on pourra déterminer la concentration d'acide oxalique, qui sera
égale à la concentration d'oxalate à l'aide d'un titrage redox par une solution de permanganate de
potassium.
•
Préparation de la solution de permanganate : Dissoudre environ 0.8 g de KmnO4 avec 150-200 ml
d'eau puis laisser chauffer 20 minutes à plus de 80°C puis filtrer avec de la laine de verre. Rajouter le
volume d'eau nécessaire pour ajuster le trait de jauge d'un ballon de 250 ml.
•
Étalonnage de la solution de permanganate : titrer une solution contenant 100 ml de H2SO4 0.5 M et
environ 0.12 g d’oxalate de sodium sec par KmnO4. Cela nous permettra d’étalonner la solution de
permanganate et de connaître sa concentration exacte. Nous titrons une solution d’H2SO4 0.5 M et
d’oxalate de cobalt avec la solution de permanganate. Cela nous permettra d’obtenir la fraction
massique de l’acide oxalique.
•
Teneur en acide oxalique : Nous titrons de la même manière que précédemment une solution d’H2SO4
0.5 M et d’oxalate de cobalt avec la solution de permanganate. Cela nous permettra d’obtenir la
fraction massique d’acide oxalique.
•
Teneur du cobalt par titrage EDTA : Préparer une solution de chlorure de cobalt (II) 0.01 M afin de
tester le titrage pour l'oxalate de cobalt. Prendre donc 10 ml de cette solution et mettre dans un
bécher. Ajouter 100 ml d'eau,une pointe de spatule de murexide - qui est l'indicateur – et la solution
devient rose. Finalement mettre environ 2 pipettes pasteurs de NH3 4 M (le pH doit être entre 9 et 10).
La solution devient jaune.
Pour l'oxalate de cobalt, il faut d'abord préparer une solution de 100 ml. Pour cela, peser 0.2 g du sel
et dissoudre dans 20 ml d'eau et 20 ml de NH3 4 M et agiter 5 minutes. La solution est brune. Ensuite
ajouter gouttes à gouttes 40 ml de HCl 4 M. Une fumée blanche se dégage. La solution devrait
s'éclaircir or, la notre se trouble et se colore légèrement en mauve brun. Pour ce titrage, procéder
exactement comme pour la solution de chlorure de cobalt (II).
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4. RÉSULTATS :
4.1. Décomposition thermique
Tableau n°1:
Oxalate de calcium
Avant chauffage
Température
Masse
masse sel [g]
[°C]
récipient [g]
120
500
900
28.5477
37.0780
32.0494
0.1676
0.1473
0.1510
Après chauffage
masse
Fraction
récipient et Masse sel [g]
massique y
sel [g]
28.7158
0.1681
1.0030
37.1803
0.1023
0.6945
32.1111
0.0617
0.4086
Equation de décomposition :
à 120°C : CaC 2O4 ⋅ H 2O ⎯
⎯→ CaC2O4 + H 2O
yCaC2O4 (théorique) = 0.877
à 500°C : 2 CaC 2O4 + O2 ⎯
⎯→ 2 CaCO3 + 2CO2 (rédox)
yCaCO3 (théorique) = 0.685
à 900°C : CaCO3 ⎯
⎯→ CaO + CO2
yCaO (théorique) = 0.384
Tableau n°2:
Oxalate de cobalt
Avant chauffage
Température
Masse
masse sel [g]
[°C]
récipient [g]
120
500
900
48.0096
35.7077
34.9001
0.1728
0.1458
0.1473
Après chauffage
masse
Fraction
récipient et Masse sel [g]
massique y
sel [g]
48.1777
0.1681
0.9728
35.7732
0.0655
0.4492
34.9628
0.0627
0.4257
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Tableau n°3:
Échantillon organique (sol II)
Avant chauffage
Après chauffage
masse
masse
Masse
Température
Masse
récipient et
Fraction
échantillon
échantillon
[°C]
récipient [g]
échantillon
massique y
[g]
[g]
[g]
900
32.0500
0.1569
32.1889
0.1389
0.1147
900
35.7044
0.1789
35.8475
0.1431
0.2001
Moyenne
0.1574
Ecart-type
0.0604
CV
0.3836
4.2. Structure d’une flamme
Flamme Bec Bunsen : Nous observons trois types de flammes de couleur bleue. Lorsque nous mettons un
creuset dans la flamme, nous observons que la couleur de la flamme autour du creuset s’intensifie et que la
flamme semble épouser la forme du creuset. Le fil de tungstène mis dans la flamme est de couleur rougeorange et d’après le tableau dans le polycopié notre température de la flamme doit alors s’élever à 1000°C.
Plus on monte dans la flamme et plus la couleur orange s’intensifie, donc plus la température baisse.
CH 4 + 2O2 ⎯
⎯→ CO2 + 2 H 2O
Réaction de combustion :
Nous remarquons alors qu’il nous faut deux molécules d’oxygène pour réagir avec une molécule de gaz.
Flamme Bougie :
Tableau n°4 : Observations des diverses expériences avec une flamme de bougie
Expérience
(a)
Observations
De la suie se forme
(b)
On observe de la fumée
qui est comme
emprisonnée dans le
bécher. Une légère
condensation se dépose
sur les bords.
Un léger précipité se
forme dans l'Erlenmeyer
qui à été chauffé.
La flamme se rétrécit
légèrement
La bougie s’allume à
nouveau
(c)
(d)
(e)
Réactions
2C20 H 42 ( s ) + 61O2 ( g ) ⎯
⎯→ 40CO2 ( g ) + 42 H 2O( g )
2C20 H 42 ( s ) + 61O2 ( g ) ⎯
⎯→ 40CO2 ( g ) + 42 H 2O( g )
CaO ( s ) + CO2 ( g ) ⎯
⎯→ CaCO3 ( s )
Combustion de la vapeur
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4.3. Formule d’un oxalate de cobalt
Tableau n°5 : Étalonnage de la solution de permanganate
m Na2C2O4
0.12
0.12
0.13
Essais
1
2
3
MNa2C2O4
134
134
134
V KMnO4
0.02
0.02
0.02
Moyenne
Ecart-type
CV
Calcul de la concentration de permanganate théorique : C KMnO4 =
CKMnO4
2.0022E-02
2.1137E-02
2.1672E-02
2.0944E-02
8.4185E-04
4.0196E-02
m
0.7924
=
= 2.006 ⋅10 − 2 M
M ⋅V 158.036 ⋅ 0.25
Tableau n°6 : Teneur en acide oxalique
Essais
1
2
3
CKMnO4
0.021
0.021
0.021
VKMnO4
0.0220
0.0225
0.0217
mtot
0.21
0.21
0.2
MH2C2O4
90.03
90.03
90.03
Moyenne
Ecart-type
CV
YH2C2O4
0.505
0.504
0.511
0.506
0.004
0.007
Tableau n°7 : Teneur en cobalt dans la solution de chlorure de cobalt (II)
Essais
1
2
CEDTA
0.01
0.01
VEDTA
19.1
19.2
Calcul de la concentration de cobalt théorique : CCo =
VCo
10.0
10.0
Moyenne
Ecart-type
CV
CCo
0.010
0.010
0.010
0.000
0.004
m
0.2410 g
=
= 0.01M
M ⋅ V 237.9278 g ⋅ mol −1 ⋅ 0.1L
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Tableau n°7 : Détermination de la formule de l'oxalate de cobalt :
Formule du sel
Co(HC2O4)2
Masse Molaire
Déshydratation
CoCO3
CoO
Co2O3
H2C2O4
Co
236.985
1.000
0.502
0.315
0.350
0.380
0.249
Co(HC2O4)2·H2O
255.000
0.929
0.466
0.293
0.325
0.353
0.231
Co(HC2O4)2 ·2H2O
273.014
0.868
0.436
0.274
0.304
0.330
0.216
Co(HC2O4)2 ·3H2O
291.029
0.814
0.409
0.257
0.285
0.309
0.202
CoC2O4
146.951
1.000
0.809
0.508
0.564
0.613
0.401
CoC2O4·H2O
164.966
0.891
0.721
0.453
0.503
0.546
0.357
CoC2O4·2H2O
182.981
0.803
0.650
0.408
0.453
0.492
0.322
CoC2O4·3H2O
200.995
0.731
0.592
0.372
0.413
0.448
0.293
Co(HC2O4)3
326.011
1.000
0.365
0.229
0.254
0.276
0.181
Co(HC2O4)3·H2O
344.026
0.948
0.346
0.217
0.241
0.262
0.171
Co(HC2O4)3·2H2O
362.040
0.900
0.329
0.206
0.229
0.249
0.163
Co(HC2O4)3·3H2O
380.055
0.858
0.313
0.197
0.218
0.237
0.155
Co2(C2O4)3
381.920
1.000
0.311
0.196
0.217
0.236
0.154
Co2(C2O4)3·H2O
399.935
0.955
0.297
0.187
0.207
0.225
0.147
Co 2(C2O4)3·2H2O
417.950
0.914
0.285
0.179
0.198
0.215
0.141
Co 2(C2O4)3·3H2O
435.964
0.876
0.273
0.171
0.190
0.207
0.135
Equation de décomposition :
à 120°C : CoC 2O4 ⋅ 2 H 2O ⎯
⎯→ Co2O4 + 2 H 2O
yCoC2O4 (théorique) = 0.803
à 500°C : 2 CoC 2O4 + 3H 2O ⎯
⎯→ Co2O3 + 4CO2 + 6 H + + 6e −
O2 + 4 H + + 4e − ⎯
⎯→ 2 H 2O
4CoC 2O4 + 3O2 ⎯
⎯→ 2Co2O3 + 8CO2
yCo2O3 (théorique) = 0.453
à 900°C : 2Co2O3 ⎯
⎯→ 4Co + 3O2
yCaO (théorique) = 0.322
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5. DISCUSSION :
5.1. Décomposition thermique
Nous obtenons plutôt de bonnes valeurs pour la décomposition à 500°C, ce qui n'est pas le cas pour la
déshydratation des sels et la décomposition à 900°C.
5.3. Formule d’un oxalate de cobalt
Lors de l’étalonnage de la solution de permanganate, nous obtenons une concentration de permanganate
de 2.0944*10-2 M, ce qui est assez proche de la concentration de permanganate théorique calculée 2.006*10 -2
M. La différence peut s’expliquer par le fait que la lecture du volume de permanganate est très difficile à lire, la
solution étant très foncée.
La teneur en oxalate évalué par titrage redox peut être illustré par la réaction redox suivante :
H 2C2O4 ⎯
⎯→ 2CO2 + 2 H + + 2e −
MnO4− + 8 H + + 5e − ⎯
⎯→ Mn 2+ + 4 H 2O
5 H 2C2O4 + 2 MnO4− + 6 H + ⎯
⎯→10CO2 + 2 Mn 2+ + 8 H 2O
Nous obtenons, pour l'acide oxalique, une fraction massique également relativement proche de la valeur
théorique d'après le tableau n°7.
Cependant pour la fraction massique du cobalt – déterminée par la décomposition à 900°C et par le
titrage par EDTA – des valeurs très variables. Ceci peut venir du fait que, pour le titrage par EDTA, nous
devions préparer une solution de cobalt en diluant notre oxalate de cobalt et que la solution qui devait
normalement être brune transparente s'est troublée en mauve.
6. CONCLUSIONS :
Cette expérience nous à permis de déterminer la formule de notre sel d’oxalate de cobalt qui est
CoC2O4 ⋅ 2H2O. Cette formule a pu être déterminée par les fractions massiques obtenues grâce à différents
titrages redox et à la décomposition thermique du sel.
7. ANNEXES :
•
copies du cahier de laboratoire et feuilles de calculs Excel
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