DOSAGE DES IONS CHLORURES

Chimie
GCI 190
Laboratoire 1
DOSAGE DES IONS CHLORURES
INTÉRÊTS :
L’intérêt de ce laboratoire est de se familiariser avec deux approches permettant la détermination
de certaines entités chimiques, en l’occurence, les ions chlorures (Cl-) qui, présents dans une
structure avec des teneurs appréciables peuvent être à l’origine d’un vieillissement accéléré. Ce
vieillissement peut se traduire par des phénomènes de corrosion des armatures des ouvrages de
génie civil. Pratiquement, ces chlorures proviennent essentiellement des sels de déglaçage
(CaCl2).
OBJECTIFS :
Le but visé par ce laboratoire est la mise en solution d’ions chlorures contenus dans un mortier
en faisant appel à la technique d’extraction à l’aide d’un dispositif expérimental du type Soxlhet
(voir Fig. 1). La quantification de ces ions peut-être déterminée de 2 façons, soit par titrage ou
gravimétrie en utilisant une solution de nitrate d’argent en se basant sur la quantité de chlorure
d’argent précipitée.
La réaction globale de la précipitation du chlorure d’argent (AgCl) est donnée selon la réaction :
AgNO3 (aq) + NaCl (aq)
AgCl (s) + NaNO3 (aq)
(équation 1)
Cette réaction peut être mise sous forme ionique afin de distinguer les entités en solution.
Ag+ + NO3- + Na+ + Cl-
AgCl (s) + Na+ + NO3- (équation 2)
Lors du titrage, afin de repérer la fin de la réaction de précipitation de AgCl, on introduit dans la
solution des ions Chromate CrO42- obtenus par ajout à la solution à titrer du sel de chromate de
potassium (K2CrO4).
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Quand il existe simultanément dans une solution les ions Cl-, CrO42- et Ag+, les réactions
susceptibles de se produire sont les suivantes:
Ag+ + Cl2Ag+ + CrO42-
AgCl (s) (précipité blanc) [équation 3]
Ag2CrO4 (s) (précipité rouge brique) [équation 4]
La solubilité de AgCl est de 1,2.10-5 mol.L-1, et celle de Ag2CrO4 est de 5,4.10-4 mol.L-1. Cela
veut dire que l’AgCl est moins soluble que l’Ag2CrO4, ou bien que AgCl précipite avant
Ag2CrO4 (phénomène de précipitation préférentielle).
MATÉRIEL :
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Solution 0,2M (mol/L) de nitrate d’argent et un mortier contenant dans sa matrice des
ions chlorures.
Solution 0,5M de chromates de potassium (K2CrO4).
Peroxyde d’hydrogène à 30% (H2O2)
Appareil d’extraction type Soxlhet et une cartouche adaptée
Un ensemble pour le titrage constitué par une burette graduée destinée pour accueillir la
solution de nitrate d’argent.
Un erlenmeyer de 125 ml avec un agitateur et barreau magnétique.
Lunette de sécurité, blouse et gants.
PROCÉDURE D’EXTRACTION AU SOXHLET :
Principe :
Une quantité de mortier finement broyée est introduite dans une cartouche adaptable à un
extracteur Soxlhet. Ce dernier constitué par un ballon auquel est connecté un extracteur
spécifique permettant un contact intime entre les gouttelettes d’eau condensées par le réfrigérant
installé en bout du dispositif. Ces gouttelettes proviennent de la condensation des vapeurs d’eau
générées par l’ébullition de l’eau dans le ballon. Le retour de l’eau dans le ballon est assuré par
une contre - pression due à une hauteur piézométrique (additionnée à la pression atmosphérique)
susceptible d’engendrer le passage de l’eau imprégnant le solide (mortier) contenu dans la
cartouche. Après ce retour, l’eau recueillie sensée contenir les ions chlorures (Cl-) est récupérée
par filtration. Le filtrat ainsi recueilli est sujet à un titrage en utilisant la méthode
argentométrique faisant appel au nitrate d’argent (AgNO3) comme agent de quantification.
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Fig. 1 Dispositif d’extraction (Soxlhet)
Procédure :
1) À l’aide d’une balance analytique, pesez 50.0 g de mortier en poudre dans un creuset en
pyrex. Cette quantité est placée dans une cartouche spécifique en minimisant les pertes.
2) Mettre 150 ml d’eau déionisée (exempte d’ions pour éviter toute interférence dans les
résultats) dans le ballon.
3) Actionner le chauffage sur la position avoisinant les 100oC (Température d’ébullition de
l’eau).
4) Un cycle d’extraction correspond à l’évaporation d’un certain volume d’eau contenu dans
le ballon qui après imprégnation du mortier mis en place dans la cartouche, retourne dans
celui-ci (ballon) en étant chargé d’ions lixiviables. Les ions libérés sont une combinaison
de différents ions auxquels s’adjoignent les chlorures.
5) Pour les besoins de l’expérience, un circuit impliquant 03 cycles (un va-et-vient entre le
ballon et l’extracteur constitue un cycle) est reconnu comme étant suffisant pour extraire
de façon significative l’ensemble des éléments potentiellement lixiviables.
Expérimentalement, la durée d’extraction est estimée à environ 1 heure.
6) Le filtrat récupéré après cette série d’extraction est soumis, une fois refroidis, à un titrage
gravimétrique en utilisant une solution molaire de nitrate d’argent (0,2M AgNO3) comme
agent de précipitation.
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MÉTHODES DE QUANTIFICATION DES CHLORURES
1- Méthode de titrage :
Le dispositif de titrage est constitué d’une burette graduée munie d’un robinet permettant l’ajout
progressif de la solution de nitrate d’argent (0,2M AgNO3) contenue dans la burette (voir Fig. 2).
Un erlenmeyer est placé dans la partie inférieure du dispositif et contenant 100 ml de la solution
issue de l’extraction et sensée contenir les ions chlorures à doser.
Burette graduée contenant
AgNO3 (aq)
Robinet
Erlenmeyer contenant la
solution à analyser
Fig. 2 Montage expérimental utilisé pour la titration des chlorures
1.1 Procédure :
a- Préparer 100 ml d’une solution 0.2 mol/L de nitrate d’argent.
b- Transférer une partie de ce volume dans la burette graduée jusqu’au repère tout en
respectant la règle du ménisque.
c- Pipeter 50 ml de la solution contenant les ions chlorures dans l’erlenmeyer.
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Cette solution doit être maintenue en agitation à l’aide d’un barreau magnétique afin
d’assurer une meilleure dispersion du titrant lors de l’adjonction.
d- Vérifier le pH de la solution; celui-ci doit être compris entre 7 et 10, sinon l’analyse n’a
aucune signification. Au besoin, ajuster avec une base (NaOH 1M) si le milieu présente
un pH inférieur à 7. Dans la cas où le pH est supérieur à 10, ajouter une solution d’acide
nitrique (1M).
e- Pour éviter les interférences avec les sulfates et les thiosulfates, ajouter une à deux
gouttes de peroxyde d’hydrogène à 30% (H2O2) tout en maintenant l’agitation. Si la
teneur en sulfates et/ou en thiosulfates est importante il pourrait se produire une
effervescence dans la solution suite à l’ajout du nitrate d’argent. Dans ce cas, la couleur
de la solution vire au vert bouteille.
f- Après une minute d’agitation, ajoutez 1ml d’une solution de chromate de potassium (0,5
M) en guise d’indicateur coloré pour la fin de la réaction de précipitation. La fin de la
réaction de précipitation est caractérisée par l’apparition d’une couleur rouge brique
persistante.
g- Le titrage est réalisé par ajout progressif (goutte à goutte) de la solution de nitrate
d’argent contenue dans la burette graduée à la solution maintenue en agitation dans le
bécher. Le précipité blanc formé est un indicateur de la formation du chlorure d’argent
(AgCl). La fin du dosage est indiquée par la couleur rouge brique du précipité de
chromate d’argent (Ag2CrO4). Notez le volume de nitrate d’argent ajouté.
Il est à noter que l’analyse concerne en réalité les dosages des chlorures, des iodures et des
bromures en même temps, cependant ces deux derniers sont considérés comme étant
négligeables en terme quantitatif devant les chlorures.
1.2 Partie calcul
Afin de déterminer la concentration des ions chlorures, vous devez déterminer la quantité de
nitrate d’argent ajoutée à la solution contenant les chlorures. Connaissant cette quantité, et en
connaissant la relation stœchiométrique entre la quantité de nitrate d’argent utilisée et la quantité
de chlorures présents dans la solution, vous pouvez déterminer la concentration en Cl- de la
solution.
Connaissant cette concentration, vous pouvez déterminer la concentration en Cl- dans le mortier
utilisé.
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2- Méthode gravimétrique :
L’objectif visé par cette procédure est la détermination des quantités des réactifs nécessaires pour
réaliser une réaction de précipitation à partir de rapport stoechiométrique. Il sera question aussi
de la quantification du produit de réaction mettant en jeu les nitrates d’argent et le chlorure de
sodium (voir équations 1 et 2).
2.1 Procédure :
a- Pipeter une quantité de 50ml de solution contenant des chlorures et la mettre dans un
erlenmeyer de 125ml.
b- Ajouter le même volume de nitrates d’argent utilisé à l’étape précédente augmenté de
5%.
c- Agiter durant une p`riode de 5mn. Un précipité blanc apparait, c’est le chlorure d’argent
(AgCl).
d- Le précipité est récupéré à l’aide d’un verre fritté dont la masse est déjà déterminée par
pesée (tare). Après épuisement de la phase liquide (contenant NaNO3), on procède à une
série de 05 lavages avec l’eau distillée afin d’éliminer au maximum les traces du nitrate
de sodium (NaNO3) résiduelles ainsi que l’excè de nitrate d’argent; AgCl étant insoluble
dans l’eau.
e- Après séparation du solide (AgCl) de la phase liquide, le verre fritté avec le précipité est
installé dans une étuve maintenue à 105OC. Le séchage est réalisé durant une nuit. L’arrêt
du séchage s’effectue le lendemain (Le séchage et les pesées s’effectueront au laboratoire
de Génie de l’environnement, local C2-2055. Chaque verre fritté doit être numéroté pour
éviter le mélange des échantillons)
f- Après refroidissement, le creuset avec l’échantillon est pesé de nouveau. Connaissant la
quantité réelle du solide (AgCl) obtenu, on procède à la détermination du rendement de la
réaction.
2.2 Partie calcul
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Équilibrer la réaction de précipitation.
Déterminer la quantité réelle de AgCl précipitée.
Déterminer le nombre de moles d’AgCl qui ont précipité.
Déterminer la quantité des ions chlorure (Cl-) présents dans la solution.
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Comparer les résultats obtenus entre la méthode par titration et la méthode par
précipitation. Exprimer votre résultat sous forme d’un rendement [Rendement =
(Quantité réelle pesée / Quantité théorique) 100%; Supposez que la méthode par titration
vous donne la concentration théorique de Cl- dans votre solution].
Si une différence notable est constatée entre le rendement réel et celui théorique, indiquez
les raisons possibles mises en cause.
3- Rédaction du rapport de laboratoire :
La rédaction du rapport de laboratoire doit se faire selon les consignes présentées sur le site web
du cours (http://www.civil.usherbrooke.ca/cours/gci190/protocole.html).
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