dosage conductimétrique d`une eau de mer

TS – Spécialité Physique
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TP de Sciences Physiques nÀ10
Dosage conductimétrique dÊune eau de mer
Objectifs
Préparer par dissolution une solution aqueuse de composition proche de celle d’une eau de mer.
Mesurer la salinité d’une eau de mer par deux méthodes : dosage conductimétrique et évaporation.
Compétences évaluées
S’approprier : découvrir et comprendre le principe d’un dosage conductimétrique par étalonnage.
Réaliser : suivre un protocole en respectant les règles de manipulation.
Valider : confronter un résultat expérimental à une prévision théorique pour valider une hypothèse.
Communiquer : présenter son travail, ses résultats et ses conclusions oralement.
Définitions
Le « dosage » d’une solution aqueuse ionique consiste à déterminer la concentration en ions de cette
solution. Cette concentration pourra être exprimée en g.L-1 (massique) ou en g.mol-1 (molaire).
Un « dosage conductimétrique » est un dosage basé sur des mesures de conductivité de la solution. La
conductivité a été définie dans le document précédent.
Le « dosage conductimétrique par étalonnage » consiste à tracer une courbe de référence, appelée
courbe d’étalonnage, à partir des conductivités de solutions de concentrations connues puis à mesurer
la conductivité de la solution inconnue et à déterminer sa concentration par lecture graphique sur la
courbe d’étalonnage.
Partie I : préparation d’une eau de mer
La salinité de l’eau de mer est due à de nombreux ions. Nous allons, dans cette partie, préparer une eau de
mer par dissolution de sels ioniques, puis nous mesurerons dans la seconde partie sa salinité par dosage
conductimétrique et par évaporation.
1.
Protocole expérimental
Pèse une fiole jaugée de 1,0 L propre et sèche.
Pèse séparément les différents sels entrants dans la composition de l’eau de mer.
Sels ioniques
NaCl
KCl
CaCl2
MgSO4
Concentrations massiques (g.L-1)
29,62
0,39
1,17
3,38
Introduis les sels dans la fiole jaugée et dissous les dans 0,5 L d’eau environ.
Complète à 1,0 L avec de l’eau distillée et mélange pour homogénéiser.
2.
Analyse
Détermine expérimentalement la masse volumique de cette eau de mer.
Calcule l’intervalle de confiance sur cette masse volumique en tenant compte des incertitudes :
∆µ ∆m ∆V
=
+
µ
m
V
Calcule la salinité de cette eau de mer artificielle en g.L-1. Déduis-en la salinité de cette eau en UPS
(unité définie dans le document précédent).
Thème n°3 : l’eau - Eau et environnement
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Partie II : mesure de la salinité par conductimétrie
Les ions sodium Na+ et chlorure Cl- représentent plus de 90% des ions présents dans l’eau de mer. Pour des
mesures de conductimétrie, nous ferons l’hypothèse que le sel de l’eau de mer peut être simplement modélisé
par du chlorure de sodium.
1.
Protocole expérimental
Prépare un volume V0 = 250 mL de solution aqueuse de chlorure de sodium de concentration molaire
c0 = 5,0.10-2 mol.L-1.
Prépare, à partir de cette solution mère, les quatre solutions filles présentées dans le tableau suivant :
Solution fille
Volume à préparer
Concentration voulue
S1
V1 = 50 mL
C1 = 2,0.10-2 mol.L-1
S2
V2 = 100 mL
C2 = 1,0.10-2 mol.L-1
S3
V3 = 100 mL
C3 = 5,0.10-3 mol.L-1
S4
V4 = 100 mL
C4 = 2,5.10-3 mol.L-1
Volume VP de solution
mère à prélever
Calcule la masse de chlorure de sodium à dissoudre pour préparer la solution mère.
Complète le tableau en calculant le volume de solution mère à prélever pour chaque solution fille.
2.
Mesures de conductivités
Place les 5 solutions (la solution mère et les 4 solutions filles) dans des béchers.
Etalonne le conductimètre.
Mesure la conductivité de chaque solution en prenant soin de bien rincer l’électrode entre chaque
mesure, et en allant de la solution de la solution fille la moins concentrée à la solution mère.
Mesure la conductivité de l’eau de mer artificielle après l’avoir diluée 100 fois.
3.
Détermination de la concentration de l’eau de mer
Trace la courbe d’étalonnage σ = f(c).
Modélise la relation entre la conductivité σ et la concentration « c » des solutions d’étalonnage.
Calcule la salinité « s » de cette eau de mer en g.mol-1.
4.
Validation du résultat et de l’hypothèse
Compare, par un calcul d’imprécision relative, la valeur expérimentale de la salinité avec la valeur
théorique. Conclus sur la validité de l’hypothèse qui a été effectuée et sur la qualité du travail réalisé.
Partie III : vérification des résultats expérimentaux par évaporation de l’eau de mer
Lorsque l’on chauffe l’eau de mer, l’eau s’évapore mais les sels dissous restent dans la bécher et forment, en
cristallisant, le « résidu à sec ». La masse du résidu à sec obtenu pour un litre d’eau de mer évaporée
correspond à la salinité en g.L-1.
Pèse un bécher propre et sec.
Prélève à l’éprouvette graduée 50 mL d’eau de mer artificielle et place cette eau dans le bécher.
Chauffe l’eau dans le bécher jusqu’à évaporation totale de l’eau et apparition du résidu à sec.
Après refroidissement, pèse à nouveau le bécher et déduis-en la masse du résidu à sec.
Ce résultat est-il conforme à celui trouvé par la méthode conductimétrique ?
Thème n°3 : l’eau - Eau et environnement
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