1 T.P-cours de Chimie n°8 Objectifs : Réinvestir les notions de

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TS Spécialité- partie C
TITRAGE DES IONS CHLORURE DANS
T.P-cours de Chimie n°8
L’ EAU DE
VICHY - ST YORRE®
Objectifs :
Réinvestir les notions de conductivité, puis de quotient de réaction ;
Réaliser et interpréter un titrage ;
Vérifier les indications portées sur l’étiquette d’un produit d’usage courant (contrôler la quantité
d'ions chlorure dissous dans cette eau).
Contrôle de Qualité
Les eaux minérales contiennent des espèces dissoutes. La législation impose un étiquetage précisant les quantités
contenues dans un litre d’eau.
L’étiquette de l’eau de Vichy – St Yorre® donne les informations suivantes :
calcium : 90
sulfate : 174
magnésium : 11
sodium : 1708 potassium : 132
hydrogénocarbonate : 4368 chlorure : 322 Fluorure : 9
Minéralisation totale, Résidu sec à 180°C : 4774 mg/L – pH = 6,6
+
-
Principe : Il est possible de doser ces ions à l’aide d’une solution de nitrate d’argent (Ag (aq), + NO3 (aq)). Au cours de
cette réaction, le chlorure d’argent AgCl(s) précipite. Deux suivis du titrage peuvent être utilisés :
Suivi par conductimétrie ;
Suivi par changement de couleur.
A-
Titrage des ions chlorure suivi par conductimétrie
A.1.
Principe de titrage
On part d’un certain volume V2 d’eau de Vichy -St Yorre® auquel, on ajoute un volume important d’eau
distillée devant le volume total de solution titrante que nous allons ajouter. Entre chaque ajout d’une solution
de nitrate d’argent, on mesure la conductivité (ou la conductance) du mélange.
A.2.
Questions :
A.1.1.
A.1.2.
A.1.3.
A.1.4.
A.3.
Pourquoi utilise–t-on un grand volume d’eau distillé ?
Donner l’équation de la réaction de titrage.
Prévoir les variations de la conductivité du mélange avant et après l’équivalence du titrage.
Comment repérer l’équivalence ?
Protocole expérimental et exploitation
• On dégaze l’eau de Vichy –St Yorre® par agitation.
• Verser un volume V2 = 20,0 mL d’eau de Vichy – St Yorre®
dans un bécher.
• Ajouter un volume d’environ 150 mL d’eau distillée.
• Remplir la burette avec la solution de nitrate d’argent de
concentration molaire c1 = 2,5.10-2 mol.L-1.
• Mettre en place le dispositif.
• Verser, mL par mL, un volume maximum V1 = 15 mL de la
solution de nitrate d’argent. Attendre la stabilisation de la
mesure. Noter chaque fois la conductivité σ de la solution.
A.4.
Questions :
A.3.1. Annoter dispositif expérimental.
A.3.2. Tracer avec Généris 5 la conductivité σ en fonction du
volume V1 de solution de nitrate d’argent ajouté.
A.3.3. Déterminer graphiquement le volume de nitrate d’argent
correspondant à l’équivalence de la réaction.
A.3.4. En déduire la concentration molaire en ions chlorure, puis
la concentration massique en ions chlorure contenus dans
cette eau minérale.
A.3.5. Comparer le résultat obtenu avec l'indication de l'étiquette.
mS⋅c
m-1
.500
σ
Données :
Cl
Ion
2
-1
Conductivité ionique molaire λ (S. m . mol )
-1
Masse molaire (g.mol )
-
7,63.10
35,5
NO3
-3
-
7,10.10
62,0
Ag
-3
+
6,20.10
107,9
-3
2
TS Spécialité- partie C
B-
Titrage des ions chlorure par la méthode de Mohr
B.1. Principe du titrage
Au cours de ce titrage, les ions chlorure réagissent avec les ions argent pour former un précipité blanc de chlorure
10
d’argent. La constante d’équilibre de cette réaction vaut K1 = 1,78.10 .
L’indicateur de fin de réaction est le chromate de potassium K2CrO4 qui donne avec l’excès d’ion argent versé, en milieu
12
neutre, un précipité rouge de chromate d’argent. La constante d’équilibre de cette réaction vaut K2 = 2,57.10 .
On peut considérer avec une très bonne précision, que le précipité de chromate d’argent commence à apparaître
uniquement lorsque les ions chlorure ont été titrés quantitativement (c'est-à-dire que la solubilité du chromate d'argent est
plus grande que celle du chlorure d'argent).
Limite de la méthode : le pH de la solution doit être voisin de 7 car en milieu trop acide le chromate d'argent ne précipite
plus (les ions chromate sont transformés en ions dichromate) et en milieu basique, on risque la formation d'oxyde
d'argent.
B.2. Protocole expérimental et exploitation
-2
-1
Remplir la burette avec la solution de nitrate d’argent de concentration molaire c1 = 2,5.10 mol.L .
Introduire un volume V2 = 20,0 mL d’eau de Vichy –St Yorre® dans un erlenmeyer de 100 mL.
Ajouter 1 mL de la solution de chromate de potassium.
Faire un premier dosage rapide (mL par mL) pour situer l'équivalence (persistance de la couleur rouge
orange du précipité de chromate d'argent).
• Réaliser un deuxième dosage précis ? Noter V1éq.
•
•
•
•
B.3. Questions :
B.3.1. S’agit-il d’un titrage direct ou indirect ?
B.3.2. Quel est le rôle du chromate de potassium ?
B.3.3. Ecrire l’équation de la réaction de titrage.
B.3.4. Etablir le tableau d'avancement décrivant l'évolution du système en fonction du volume de solution
de nitrate d'argent ajouté.
B.3.5. En déduire la concentration molaire, puis la concentration massique en ions chlorure contenus
dans cette eau de Vichy –St Yorre®.
B.3.6. Comparer les résultats obtenus par les deux méthodes, entre eux et avec l'indication de l'étiquette.
B.4. Compléments :
B.1.1. Donner l’expression de la constante d'équilibre K1 de la réaction de titrage.
B.1.2. Déterminer à partir de quelle concentration en ions argent Ag+, le précipité de chlorure d’argent
commence à se former si la concentration initiale en ions chlorure est d’environ 10-2 mol.L-1.
B.1.3. Donner la formule des ions chromate. Ecrire l’équation de la réaction permettant de repérer la fin du
titrage et donner l’expression de sa constante d'équilibre K2.
B.1.4. En introduisant 1 mL d’une solution de chromate de potassium de concentration massique 50 g.L-1,
dans 20 mL d’eau, déterminer l’ordre de grandeur (puissance de 10) de la concentration en ion
chromate dans le mélange.
B.1.5. En déduire dans ces conditions, l’ordre de grandeur de la concentration en ions argent à partir de
laquelle le précipité de chromate d’argent commence à se former. Vérifier alors que le précipité de
chlorure d’argent se forme avant celui de chromate d’argent.
B.1.6. Déterminer la concentration en ions chlorure dans le mélange lorsque le précipité rouge apparaît. En
déduire que la réaction de titrage est totale.
3
TS Spécialité- partie C
Réponses :
A-Titrage des ions chlorure par conductimétrie
A.1.1. schéma annoté : voir livre
A.1.2. Résultats : en rouge les résultats de 2007-2008
-1
V(Ag+) σ(mS.cm-1) σ(mS.cm )
1.007
0,0
1,025
σ = f(V(Ag+))
1.003
1,0
1,020
0.998
σ (mS.cm2,0
1,020
1)
0.988
3,0
1,012
1,080
0.985
4,0
1,006
1,070
0.979
5,0
0,999
1,060
0.975
6,0
0,994
1,050
1,040
0.969
7,0
0,988
1,030
0.981
8,0
0,994
1,020
0.994
1,010
9,0
1,004
1,000
1.010
10,0
1,016
0,990
1.021
11,0
1,028
0,980
1.029
0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 9,010,011,012,013,014,015,016,0
12,0
1,040
1.041
13,0
1,052
V(Ag+) en mL
1.052
14,0
1,061
1.068
15,0
1,072
A.3.3. A l'équivalence VAg+ = 7,0 mL. (point d'intersection des deux droites)
A.3.4. Concentration molaire d'ions chlorure contenus dans l'eau de VICHY :
xéq = c1V1éq = c2V2 donc c2 = c1V1éq/ V2
V1éq = 7,0 mL ; c2 = 2,5.10-2 x 7,0 / 20,0 = 8,8.10-3 mol.L-1
Concentration massique en ions chlorure :
cm = c2. MCl ; cm = 8,8.10-3 x 35,5 = 0,320 g = 312 mg.L-1.
A.3.5. La valeurs obtenues par les deux méthodes et celle portée par l'étiquette sont comparables
B-1- methode de mohr :
B.1.1. Il s'agit d'un titrage direct.
B.1.2. Ag+(aq) + Cl-(aq) = AgCl (s)
(1)
1
1,78 x1010 x10 − 2
1
1
⇒ [Ag+] =
=
= 5,6⋅10-9 mol⋅L-1
[Ag+]⋅[Cl-]
K1⋅[Cl-]
Si [Ag+] < 5,6⋅10-9 mol⋅L-1 il n’y a pas formation du précipité de chlorure d’argent.
B.1.3. K1 =
2B.1.4. 2 Ag+(aq) + CrO 4 (aq) = Ag2CrO4 (s) ; K2 =
1
2[Ag+]2⋅[CrO 4 ]
B.1.5. M(K2CrO4) = 2 x 39 + 52 + 4 x 16 = 194,0 g.mol-1 ;
[CrO4-] = 50/194,0 / 20 = 0,013 soit de l'ordre de 1.10-2 mol.L-1
1
1
B.1.6. K2 =
⇒ [Ag+] =
22[Ag+]2⋅[CrO 4 ]
K2⋅[CrO 4 ]
[Ag+] = (2,57⋅1012 x 0,010)-0.5 = 6,0⋅10-6 mol⋅L-1.
Si [Ag+] < 6,0⋅10-6 mol⋅L-1 il n’y a pas formation du précipité de chromate d’argent.
Le chromate d’argent est plus soluble que le chlorure d’argent.
Si on ajoute des ions argent dans une solution qui contient à la fois des ions chlorure et des ions
chromate, on observe d’abord la formation du précipité de chlorure d’argent.
2B.1.7. Si le précipité de chromate d’argent se forme avec [CrO 4 ] = 0,010 mol⋅L-1, alors la concentration en
ions argent est : [Ag+] = 6,0⋅10-6 mol⋅L-1 ;
[Cl-] =
1
K 1 .[ Ag + ]
1
1,78 x10 x6,0 x10 −6
10
=
= 9,4⋅10-6 mol⋅L-1.
Pratiquement tous les ions chlorure ont précipité.
4
TS Spécialité- partie C
B -4– Titrage des ions chlorure par la méthode de Mohr
B.4.4 Rôle du chromate de potassium : indicateur de fin de réaction de précipitation.
B.4.4 Tableau d'avancement :
Etat
B.4.4 Avancement en mol
B.4.4
initial
B.4.4 x = 0
B.4.4
En cours de
B.4.4 x
B.4.4
tranformation
À
B.4.4
B.4.4 x = xéq
l'équivalence
Ag+(aq)
c1V1
c1V1 - x
c1V1éq – xéq =
0
B.4.4
Concentration molaire d'ions chlorure contenus dans l'eau de VICHY :
xéq = c1V1éq = c2V2 donc c2 = c1V1éq/ V2
V1éq = 7,2 mL ; c2 = 2,5.10-2 x 7,2 / 20,0 = 9,0.10-3 mol.L-1
Concentration massique e3 ions chlorure :
cm = c2. MCl ; cm = 9,0.10-3 x 35,5 = 0,320 g = 320 mg.L-1.
B.4.4
Indication portée sur l'étiquette :
Chlorure : 322 ;
Cette indication correspond à la teneur massique exprimée en mg.L-1 en ions chlorure de l'eau
analysée.
Nous retrouvons cette valeur à moins de 1% près.
Les valeurs obtenues par les deux méthodes et celle portée par l'étiquette sont comparables
+
TS Spécialité- partie C
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TP 8 – Dosage des ions chlorure dans une eau minérale - × 9 groupes
Bureau :
eau de Vichy SAINT YORRE
1 gros tube à essai sur portoir
eau salée + bécher
solution de nitrate d'argent à 2,5.10-2 mol.L-1 + bécher
solution de chromate de potassium (K2CrO4) à 50 g.L-1 (2,5 g dans 50 mL) + bécher + burette au fond de la salle
Elèves :
1 gros bécher
2 béchers de 100 mL
un erlenmeyer de 100 mL
une burette graduée
une pipette jaugée de 20 mL
un conductimètre
un agitateur magnétique
un crayon gras
Pissette d’eau distillée.