Etude d`une transformation chimique lente : réaction entre les ions

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TS
Chimie
Spécialité
Dosage d’une eau de Javel
Exercice
résolu
Enoncé
Données :
- Couples oxydant/réducteur mis en jeu : I2(aq)/I-(aq) et S4O62-(aq)/S2O32-(aq)
- Volume molaire des gaz dans les conditions normales : Vm = 22,4 L.mol-1
Charles Guillaume Scheele, pharmacien suédois, découvrit le dichlore au XVIII ème siècle. Ce gaz
intervient dans la fabrication de l’eau de Javel. Celle-ci doit son nom à un ancien village d’Ile de
France. C’est à Javel que Claude Louis Berthollet, directeur de la manufacture des Gobelins,
fabriqua ce produit décolorant et désinfectant et l’employa en 1785 au blanchiment des toiles
textiles.
L’eau de Javel, obtenue par action d’un courant de dichlore Cl 2(g) sur de la soude, est une solution
aqueuse qui contient des ions chlorure Cl-(aq), hypochlorite ClO-(aq) et sodium Na+(aq).
En milieu acide, l’eau de Javel subit une transformation totale modélisée par la réaction
d’équation : Cl-(aq) + ClO-(aq) + 2 H+(aq) = Cl2(g) + H2O. Cette transformation permet de définir le
degré chlorométrique D : celui-ci est égal au volume, exprimé en litre, de dichlore produit par un
litre d’eau de Javel. Ce volume est mesuré dans les conditions dites normales de température
(273 K) et de pression (1013 hPa).
Pour vérifier l’indication portée sur une bouteille commerciale d’eau de Javel (D = 12,0°), on
réalise un titrage.
Principe :
On ajoute un excès d’ions iodure I-(aq) à un volume connu de solution d’eau de Javel. Les ions
hypochlorite oxydent les ions iodure en milieu acide. L’équation de la réaction, considérée comme
totale, modélisant la transformation est : ClO-(aq) + 2 I-(aq) + 2 H+(aq) = I2(aq) + Cl-(aq) + H2O (1)
Le diiode formé lors de la réaction précédente est ensuite titré par des ions
thiosulfate S2O32-(aq). On en déduit la quantité de matière d’ions hypochlorite puis le degré
chlorométrique.
A. Première partie : protocole
1. L'eau de Javel commerciale étant trop concentrée, il faut d'abord effectuer une dilution au
dixième pour obtenir un volume VS = 50,0 mL de solution diluée S. Préciser la verrerie nécessaire
à cette dilution.
2. Dans un erlenmeyer, on introduit dans cet ordre :
V = 10,0 mL de la solution S
V' = 20 mL d’une solution d'iodure de potassium (K+(aq) + I–(aq))
Quelle verrerie faut-il utiliser pour prélever les volumes :
a) V = 10,0 mL de la solution S ?
b) V' = 20 mL de la solution d'iodure de potassium ?
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B. Deuxième partie : titrage
À l'aide d'une solution de thiosulfate de sodium de formule (2 Na +(aq) + S2O32–(aq)) de
concentration molaire apportée c1 = 1,00 x 10-1 mol.L-1, on titre le diode formé. On ajoute une
pointe de spatule de thiodène afin de mieux repérer l'équivalence. Le volume équivalent
est VE = 10,0 mL.
1. Écrire l'équation de la réaction de titrage, qui sera notée (2), entre le diode et les ions
thiosulfate.
2. a) Déduire des résultats du titrage la quantité de matière n(I 2) de diiode initialement
présente dans le mélange réactionnel.
b) Quelle relation existe-t-il entre cette quantité et celle produite lors de la réaction (1) ?
3. Calculer la quantité de matière n(ClO-) d'ions hypochlorite initialement présente dans le
prélèvement de volume V.
4. a) Déterminer la concentration effective [ClO-(aq)]S en ions hypochlorite dans la solution S.
b) En déduire la concentration c0 en ions hypochlorite de la solution commerciale.
5. a) Calculer la quantité de matière n(Cl2) de dichlore produite par un volume Vjavel = 1,00 L d'eau
de Javel
b) En déduire le degré chlorométrique Dexp de l'eau de Javel commerciale utilisée.
D  Dexp
c) Calculer l’erreur relative
et l’exprimer en pourcentage.
D
d) A l’exclusion des erreurs de manipulation et de la qualité des solutions utilisées, comment
peut-on expliquer cette erreur ?
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Corrigé
A. Première partie : protocole
1. L'eau de Javel commerciale étant trop concentrée, il faut d'abord effectuer une dilution au dixième pour
obtenir un volume VS = 50,0 mL de solution diluée S. Préciser la verrerie nécessaire à cette dilution.
On veut préparer une solution de volume VS = 50,0 mL : il faut donc une fiole jaugée de 50,0 mL.
50
On veut effectuer une dilution au dixième : il faut donc une pipette jaugée de
= 5,0 mL.
10
2. Quelle verrerie faut-il utiliser pour prélever les volumes :
a) V = 10,0 mL de la solution S ?
Le volume V doit être mesuré avec précision : V = 10,0 mL
b) V' = 20 mL de la solution d'iodure de potassium ?
Les ions iodure sont en excès : une éprouvette graduée de 50 mL suffira.
B. Deuxième partie : titrage
1. Écrire l'équation de la réaction de titrage, qui sera notée (2), entre le diode et les ions thiosulfate.
I2(aq)/I-(aq) :
S4O62-(aq)/S2O32-(aq) :
I2(aq) + 2e- = 2 I-(aq)
2 S2O32-(aq) = S4O62-(aq) + 2e------------------------------------I2(aq) + 2 S2O32-(aq) = 2 I-(aq) + S4O62-(aq) (2)
2. a) Déduire des résultats du titrage la quantité de matière n(I2) de diiode initialement présente dans le mélange
réactionnel.
A l’équivalence, la quantité d’ions thiosulfate apportés par la solution titrante est égale au double
de la quantité de diiode initialement présent dans le mélange réactionnel : n(S2O32-)E = 2.n(I2)
n(S2 O3 )E
2
=> n(I2) =
2
et n(I2) =
c1 .VE
1, 00  10  10, 0  10
1
soit : n(I2) =
2
3
2
= 5,00 x 10-4 mol
b) Quelle relation existe-t-il entre cette quantité et celle produite lors de la réaction (1) ?
Cette quantité est celle produite lors de la réaction (1).
3. Calculer la quantité de matière n(ClO-) d'ions hypochlorite initialement présente dans le prélèvement de
volume V.
D’après l’équation (1), la quantité de matière de diiode produit est égale à la quantité de matière
d’ions hypochlorite initialement présents dans le prélèvement de volume V :
n(ClO-) = n(I2) = 5,00 x 10-4 mol
4. a) Déterminer la concentration effective [ClO-(aq)]S en ions hypochlorite dans la solution S.
n(ClO )

-
[ClO (aq)]S =
V
-
soit : [ClO
(aq)]S
=
5, 00  10
10, 0  10
4
3
= 5,00 x 10-2 mol.L-1
b) En déduire la concentration c0 en ions hypochlorite de la solution commerciale.
La solution commerciale est 10 fois plus concentrée :
c0 = 10. [ClO-(aq)]S soit : c0 = 10 x 5,00 x 10-2 = 5,00 x 10-1 mol.L-1
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5. a) Calculer la quantité de matière n(Cl2) de dichlore produite par un volume Vjavel = 1,00 L d'eau de Javel
D’après l’équation (1), la quantité de matière de dichlore produit est égale à celle d’ions
hypochlorite consommés : n(Cl2) = n(ClO-) => n(Cl2) = c0.Vjavel
Soit : n(Cl2) = 5,00 x 10-1 x 1,00 = 5,00 x 10-1 mol
b) En déduire le degré chlorométrique Dexp de l'eau de Javel commerciale utilisée.
D’après la définition : Dexp = V(Cl2) => Dexp = n(Cl2).Vm soit : Dexp = 5,00 x 10-1 x 22,4 = 11,2°
c) Calculer l’erreur relative
D  Dexp
D
=
12, 0  11,2
12, 0
D  D
exp
D
et l’exprimer en pourcentage.
= 6,67 x 10-2 ou 6,67 %
d) A l’exclusion des erreurs de manipulation et de la qualité des solutions utilisées, comment peut-on expliquer
cette erreur ?
La température du milieu réactionnel n’est pas de 0°C (273K) : le volume molaire est supérieur
à 22,4 L.mol-1
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