TP Chimie. N° 06

Concentration

et conductimétrie.

Correction

 

   

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But : détermination de la concentration d’un sérum physiologique

 

I - Protocole expérimental.
1)- Montage.
2)- Etalonnage du conductimètre.
II - Les mesures.
1)- Mode opératoire.

2)- Préparation du sérum pour la mesure.
III - Exploitation des résultats.
IV - Application.

 

Matériel :

- Un G.B.F, deux multimètres (un noir et un jaune), une cellule de conductimétrie,

- Des fils de connexion,

Des fioles jaugées de 100 mL, des pipettes graduées ou des pipettes jaugées (à voir),

- Un flacon de sérum physiologique, de l’eau distillée,

- Une solution de chlorure de sodium de concentration :

-  C0 = 1,0 mmol / L. C1 = 2 mmol / L, C2 = 3 mmol / L, C3 = 4 mmol / L,

-  C4 = 5 mmol / L, C5 = 6 mmol / L, C6 = 7 mmol / L, C7 = 8 mmol / L,

-  C8 = 9 mmol / L, C9 = 10 mmol / L, C10 = 12 mmol / L, C11 = 14 mmol / L

 

 Objectifs :

-   Tracer une courbe d’étalonnage.

-   Le sérum physiologique est une solution aqueuse de chlorure de sodium. Le but de cette manipulation est de déterminer la concentration molaire de ce sérum en utilisant la conductimétrie.

 

I- Protocole expérimental.

1)- Montage.

-   Schéma et montage :

 

Attention à la position des sélecteurs avant d'effectuer les mesures.

-   Schématiser et effectuer le montage du conductimètre.

2)- Étalonnage du conductimètre.

ManipulationPlonger la cellule dans un bécher contenant de l’eau distillée.

-   Réglage du G.B.F : régler la fréquence sur 500 Hz et la valeur de la tension sur  U = 1,0 V 

(Cette valeur doit être maintenue constante au cours de l’expérience).

-   Mesurer la valeur de l’intensité Ib.

-   Ceci constitue le « blanc ».

-   On quantifie ici la présence d’éventuelles impuretés dans l’eau. 

-   La valeur mesurée devra être systématiquement soustraite des autres valeurs mesurées pour éliminer la contribution de ces impuretés.

II- Les mesures.

1)- Mode opératoire.

ManipulationPlonger successivement la cellule dans les douze solutions d’étalonnage.

-   Pour chaque mesure, vérifier la valeur de la tension (U = 1,0 V) avant de relever la valeur de l’intensité I.

-   Penser à rincer la cellule après chaque mesure puis à éliminer la majeure partie de l’eau de rinçage (papier joseph) sans perturber la cellule.

-   Au début de la mesure suivante, agiter doucement la cellule pour bien homogénéiser.

cellule conductimétrique

Animation CabriJava pour effectuer les mesures

RédactionReproduire et compléter le tableau suivant :

C   (mmol / L)

0,0

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

6,0

7,0

8,0

9,0

10,0

12,0

14,0

I   (mA)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

G (mS)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

-   On effectue le blanc avec la solution d’eau distillée :

U

1,008 V 

I b =

0,04  mA

-   Tableau de valeurs : Valeur de la tension : U = 1,008 V

 

C   (mmol / L)

0,0

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

6,0

7,0

8,0

9,0

10,0

12,0

14,0

I   (mA)

0,01

0,87

1,16

1,61

2,13

2,64

3,31

3,65

4,18

4,63

5,16

6,04

7,08

G =

I

(mS)

U

0,01

0,86

1,15

1,60

2,11

2,62

3,28

3,62

4,15

4,59

5,12

5,99

7,02

G corrigé (mS)

0,00

0,82

1,11

1,56

2,07

2,58

3,24

3,58

4,11

4,55

5,08

5,95

6,98

2)- Préparation du sérum pour la mesure.

a)- concentration massique de la solution de sérum physiologique : 

-   Relever l’indication que porte le flacon de sérum physiologique acheté en pharmacie.

-  Titre massique de la solution de sérum physiologique : t = 9,0 g / L.

RédactionEn déduire la valeur de la concentration molaire CS.

-  Concentration molaire C S :

-  M M  (Na) + M (Cl=>  M 23,0  +  35,5  =>    M 58,5 g / mol

-   

b)-      Dilution.

ManipulationCette solution étant trop concentrée, il faut la diluer 20 fois (9,0 g / L) ou 100 fois. 

-   Proposer un mode opératoire permettant de préparer 100 mL de solution diluée.

-   La préparer et effectuer la mesure.

-   Dilution : Comme on utilise la solution commerciale à 9,0 g / L, il faut diluer 20 fois :

 

S

{

C S = 0,15 mol / L

Dilution

S F

{

C FC S / 20

V S = ?

V F = 100 mL

n S  = C S . V S

 

n F  = C F . V F

Solution mère

 

Solution fille

 

-   Volume de solution commerciale nécessaire :

-   Au cours de la dilution, il y a conservation de la quantité de matière de soluté :

-   nS  = nF   =>  CS . VS  = CF . VF

-   VS  = VF / 20

-   VS  = 10  mL

-   Mode opératoire :

Première étape :

Verser suffisamment de 

solution Mère dans un bécher

Deuxième étape :

On prélève le volume nécessaire 

de solution Mère à l’aide d’une

 pipette jaugée munie de sa propipette

Troisième étape :

On verse le volume nécessaire de

 solution dans la fiole jaugée de

 volume approprié..

On ne pipette jamais directement dans le flacon qui contient la solution Mère

Quatrième étape :

On ajoute de l’eau distillée et on agite

 mélanger et homogénéiser

Cinquième étape :

On complète avec une pissette

 d’eau distillée jusqu’au trait de

 jauge.

Sixième étape :

on agite pour homogénéiser. 

La solution est prête.

 

-   Concentration de la solution fille : CFCS / 20 7,5 x 10 3 mol / L  

III- Exploitation des résultats.

RédactionTracer la courbe d’étalonnage représentative de la variation de la conductance G en fonction de la concentration C : G = f (C).

-   Donner les caractéristiques de la courbe obtenue. Quelle allure aurait cette courbe si on ne tenait pas compte du « blanc » ?

-   Les points sont sensiblement alignés. On peut tracer la droite moyenne. 

-   Avec Excel, on ajoute une courbe de tendance et comme modèle ‘’linéaire’’

-   La courbe obtenue est une droite qui passe pratiquement par l’origine. 

-   On peut affirmer que la conductance de la solution est proportionnelle à la concentration de la solution, ceci dans le domaine étudié.

-   On tire : G (mS) 0,489 C (mmol / L)

-   Si on ne tient pas compte du « blanc » : 

-   Dans le cas présent, l’écart entre les deux courbes est minime car l’eau ''distillée'' utilisée est peu conductrice.

-   Quelle relation simple existe-t-il entre la concentration et la conductance lorsque l’électrolyte est suffisamment dilué ?

-   Donner cette relation.

-   On tire : G (mS) 0,489 C (mmol / L)

(Le coefficient de détermination est proche de 1 : R2 0,9982 )

-   Que se passe-t-il lorsque l’électrolyte est trop concentré ?

-   Lorsque l’électrolyte est trop concentré, il n’y a plus proportionnalité entre la conductance et la concentration de la solution.

-   À l’aide de la courbe, déduire la concentration molaire en chlorure de sodium de la solution diluée de sérum physiologique.

-   Concentration molaire correspondante à la solution commerciale :

-   Exploitation graphique :

 

Mesure

Sérum physiologique

Solution diluée

I = 3,8 mA

U = 1,008 V

I b = 0,040 mA

Conductance

G  = 3,76 mS

-   En déduire la concentration molaire correspondante à la solution commerciale. La comparer à la valeur CS. Conclusion.

-   Concentration de la solution commerciale diluée : C 7,3 mmol / L

-   Concentration de la solution commerciale : CS = 20 C 7,3 mmol / L

-   CS 0,14 mol / L

-   Calcule d’erreur :  

-   

-   Le résultat est médiocre !!!

IV- Application.  

Détermination de la concentration d’une solution

L’hypocalcémie, carence de l’organisme en élément calcium,

peut être traitée par injection intraveineuse 

d’une solution de chlorure de calcium (Ca 2+ (aq)  +  2 Cl - (aq)). 

Pour déterminer sa concentration C, on utilise une méthode conductimétrique.

1. On dispose, pour étalonner la cellule conductimétrique,

de solutions étalons Si de concentrations connues Ci.

-   Le tableau suivant fournit les conductances Gi de ces différentes solutions.

Solution Si

S1

S2

S3

S4

S5

C i (mmol / L)

10,0

7,5

5,0

2,5

1,0

G i (mS)

5,88

4,45

2,97

1,49

0,6

-   Tracer la courbe G = f (C).

2.  Le contenu d’une ampoule de solution injectable a été dilué 100 fois.

La mesure de la conductance de la solution diluée,

avec la même cellule conductimétrique et à la même température,

donne : G’ = 2,71 mS.

a. Déterminer la valeur de la concentration C’ de la solution diluée.

b. En déduire la concentration C de la solution injectable.

c. Pourquoi a-t-il été nécessaire de diluer cette solution ?

3. Déterminer l’apport calcique, c’est-à-dire la quantité d’élément calcium,

d’une ampoule de solution injectable de 10,0 mL.

 

 

Correction :

 

Détermination de la concentration d’une solution

1. Courbe G = f (C).

-   Les points sont sensiblement alignés.

-   On peut tracer la droite moyenne. 

-   Avec Excel, on ajoute une courbe de tendance et comme modèle ‘’linéaire’’

-  La courbe obtenue est une droite qui passe pratiquement par l’origine. 

-  On peut affirmer que la conductance de la solution est proportionnelle

à la concentration de la solution, ceci dans le domaine étudié.

-  On tire : G (mS) 0,588 C (mmol / L)

2. Conductance de la solution diluée

a. Concentration C’ de la solution diluée.

-  Exploitation graphique : C’ 4,6  mmol / L 4,6 x 10 – 3 mol / L

b. Concentration C de la solution injectable.

-   C = 100 C’  =>  C = 100 x 4,6 x 10 – 3  =>  C ≈ 4,6 x 10 – 1  mol / L

c. Pourquoi a-t-il été nécessaire de diluer cette solution ?

-  La concentration de la solution injectable est supérieure à la concentration de la solution S0.

Elle n’appartient pas au domaine d’étude.

La loi n’est plus vérifiée pour les solutions trop concentrées.

3. Apport calcique d’une ampoule de solution injectable de 10,0 mL.

-  Par définition : n (Ca 2+) = [Ca 2+] . V

-  n (Ca 2+) = 4,6 x 10 – 1 x 10,0 x 10 – 3

-  n (Ca 2+) 4,6 x 10 – 3 mol