TP 10 : POTENTIOMETRIE

TP Chimie -­‐ Lefèvre 2014-­‐2015 TP 10 : POTENTIOMETRIE OU COMMENT UNE MESURE DE POTENTIEL PEUT RENSEIGNER SUR LA COMPOSITION D’UNE SOLUTION ? Objectif : Le but de ce TP est d’appliquer les méthodes potentiométriques pour : -­‐
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déterminer des constantes thermodynamiques suivre un titrage Préliminaires : Préparer les questions 1 et 2 de la partie 2. PARTIE 1 : DETERMINATION DU PRODUIT DE SOLUBILTE DU CHLORURE D’ARGENT On se propose ici de déterminer le produit de solubilité de du chlorure d'argent à l'aide de la pile suivante : Solution B Ag(s) Solution A + une goutte de solution A Ag (s) Solution A : 30 mL de solution aqueuse de nitrate d’argent (Ag+, NO3-­‐) de concentration cA=1,0.10-­‐2 mol.L-­‐1. Solution B : 30 mL de solution aqueuse de chlorure de potassium (K+, Cl-­‐) de concentration cB=1,0.10-­‐2 mol.L-­‐1. On utilisera, pour réaliser la jonction électrolytique, un pont salin au nitrate de potassium. Manipulation : Mesurer la force électromotrice de cette pile. On trouve e= Exploitation : Question 1 : Pouvait-­‐on prévoir, sans calcul, la polarité de cette pile ? Justifier. Question 2 : Déterminer la valeur du produit de solubilité du chlorure d’argent. Comparer cette valeur à celle de la littérature (pKs=9,7). 1 TP Chimie -­‐ Lefèvre 2014-­‐2015 Question 3 : Déterminer la valeur du potentiel standard du couple AgCl/Ag et commenter. 2 TP Chimie -­‐ Lefèvre 2014-­‐2015 PARTIE 2 : DETERMINATION DE LA TENEUR EN FER D’UN ALLIAGE FER-­‐MANGANESE Données : Masse molaire du fer : M(Fe)=56 g.mol-­‐1 Introduction : Environ 75 % du manganèse industriel est utilisé sous forme d'alliages. Le ferro-­‐manganèse carburé, alliage de manganèse, de fer et de carbone, est particulièrement utilisé car il possède une résistance mécanique élevée. Actuellement, on commercialise des ferromanganèses carburés dont la composition est Mn 76-­‐80 %, Fe 12-­‐15 %, C < 7,5 %, Si < 1,2 %. On se propose ici de déterminer le pourcentage massique en fer et en manganèse d'un alliage. Une masse d'alliage malliage = 11,6 g est dissoute dans de l'acide nitrique (HNO3). La solution obtenue est transvasée de façon quantitative dans une fiole jaugée de 500 mL puis complétée par de l'eau distillée jusqu'au trait de jauge. La solution obtenue est appelée solution (S). Les alliages de type ferro-­‐manganèse contiennent du fer au degré d'oxydation +III. Une méthode, non décrite ici, permet de réduire quantitativement le fer au degré d'oxydation +II, sous forme d'ions Fe2+(aq). On souhaite titrer les ions Fe2+ présents dans la solution (S) par une solution de permanganate de potassium +
( K (aq)
, MnO −4(aq) ) de concentration CMnO−
4( aq )
= 2,0.10-­‐2 mol.L-­‐1. Le titrage sera suivi par potentiométrie. Préliminaires Détermination du potentiel de l’électrode (ou demi-­‐pile) de référence Lorsqu’un titrage est suivi par potentiométrie, le montage nécessite d’associer une électrode de travail à une demi-­‐pile (ou électrode) de référence. Ø
On sait que le potentiel de l’ESH a été conventionnellement choisi à 0 V. Mais l’ESH n’est pas une demi-­‐pile de référence utilisée dans la pratique, car trop délicate de mise en œuvre. On utilise d’autres demi-­‐piles (ou électrodes) de référence. Nous avons donc besoin de connaître le potentiel par rapport à l’ESH de la demi-­‐pile de référence que nous allons utiliser dans nos expériences. L’usage de la demi-­‐pile au calomel saturée (ECS) ayant été proscrit dans notre établissement, car elle contenait un peu de mercure, nous disposons actuellement de nouvelles demi-­‐piles de référence sans mercure, sur lesquelles le fabricant ne nous a fourni que peu de renseignements, nous ne pouvons donc vous les décrire. Nous savons seulement qu’elles ne contiennent pas de KCl mais du KNO3 et sont compatibles avec toutes les solutions de travail, sans précautions supplémentaires. Le fabricant n’a pas indiqué non plus la valeur du potentiel de ces électrodes par rapport à l’ESH. Ce potentiel varie d’ailleurs légèrement d’une électrode à l’autre. Nous allons donc devoir le déterminer expérimentalement. Important : Quand l’électrode de référence n’est pas utilisée pour une expérience, la plonger dans l’eau distillée. 3 TP Chimie -­‐ Lefèvre 2014-­‐2015 Question 1 : Proposer un protocole permettant de déterminer le potentiel de l’électrode de référence. Le mettre en œuvre. Matériel à disposition : -­‐ Solution de nitrate d’argent AgNO3 à 0,10 mol.L-­‐1. -­‐ Electrode d’argent -­‐ Electrode de référence -­‐ Potentiomètre Choix de l’électrode indicatrice Question 2 : En vous appuyant sur la fiche « potentiométrie », indiquer quelle électrode indicatrice vous souhaitez utiliser. Ø
Manipulation : +
Procéder au titrage de 20 mL de la solution (S) par la solution de permanganate de potassium ( K (aq)
, MnO −4(aq) ) de concentration CMnO−
4( aq )
= 2,0.10-­‐2 mol.L-­‐1. On ajoutera à la solution (S) 20 mL d’acide sulfurique concentré (pour éviter la précipitation des hydroxydes de manganèse et de fer). Tracer la courbe donnant Esolution en fonction du volume versé. Exploitation : Question 3 : Faire un schéma annoté du m ontage réalisé. 4 TP Chimie -­‐ Lefèvre 2014-­‐2015 Question 4 : D onner l'équation-­‐bilan de la réaction de titrage. Question 5 : Commenter l’allure de la courbe. Question 6 : A l'aide de la courbe, déterminer le volume équivalent en précisant la m éthode utilisée. 2+
Déterminer alors la concentration en ion Fe (aq)
pour la solution (S) et en déduire le pourcentage m assique en fer de l'alliage analysé. 5 TP Chimie -­‐ Lefèvre 2014-­‐2015 Question 7 : En utilisant la courbe, déterminer, dans les conditions du dosage, le potentiel standard du +
2+
couple Fe3(aq)
. Justifier votre démarche. / Fe(aq)
Principe d’un indicateur coloré d’oxydoréduction Un indicateur coloré permettant de repérer le point équivalent d’un dosage rédox est un couple rédox (Indox/Indred) dont la forme oxydée Indox est d’une couleur différente de la forme réduite Indred. Ce couple est aussi caractérisé par son potentiel standard E°. On note Efront le potentiel redox correspondant à la frontière entre les domaines de prédominances des formes Indox et Indred. Pour E >Efront≈E°ind, la couleur de la forme oxydée prédomine. Pour E < Efront≈E°ind, la couleur de la forme réduite prédomine. Pour que l’équivalence du titrage s’accompagne d’un changement de couleur, il faut que E°ind appartienne au saut de potentiel. Attention à ne pas mettre trop d’indicateur coloré, car l’indicateur réagit avec le titrant au cours du titrage, donc consomme une partie du titrant. Si la quantité d’indicateur n’est pas négligeable, on fausse le dosage. Question 8 : Parmi les indicateurs colorés ci-­‐dessous, faire un choix adapté pour le titrage précédent. Indiquer le changement de couleur qui aura lieu à l’équivalence. 25°C 6 TP Chimie -­‐ Lefèvre 2014-­‐2015 Oui A revoir Ai-­‐je su extraire les informations utiles des documents ? Ai-­‐je su proposer un protocole pour déterminer un potentiel inconnu ? Sais-­‐je choisir les électrodes adaptées ? Sais-­‐je choisir un indicateur coloré ? Sais-­‐je exploiter l’équivalence d’un titrage ? Sais-­‐je déterminer un Ks à l’aide d’une mesure de potentiel ? Sais-­‐je installer un montage de potentiométrie ? Sais-­‐je tracer une courbe de titrage potentiométrique ? Mes calculs sont-­‐ils justes ? Com Vali
der Analyse
r S’ap prop
rier Evaluation Réaliser Bilan élève : Indiquer trois points à retenir de ce TP Ai-­‐je commenté mes résultats ? Le compte-­‐rendu est-­‐il clair ? Mes schémas de montage sont-­‐ils clairs et précis ? Sais-­‐je gérer mon temps ? (être efficace, rapide et autonome) Ma paillasse est-­‐elle propre et les déchets bien gérés ? Ai-­‐je été sécuritaire (pour les autres et pour moi) ? 7