TP Chimie. N° 10

Titrage

colorimétrique.

Correction

 

   

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Objectifs :

  Détermination de la concentration des ions fer II d’une solution de sel de Mohr

  Le titrage proposé est un titrage par oxydoréduction et l’équivalence est repérée par l’observation d’un changement de couleur de la solution.

I - Principe du titrage.
II - Expérience préliminaire.
III - Titrage.

1)- Matériel.

2)- Les solutions.

3)- Titrage rapide.

4)- Titrage précis.

IV - Exploitation.

I- Principe d’un titrage.

-    Que signifie titrer une espèce chimique en solution ?

-    Titrer une espèce chimique en solution, c’est déterminer sa concentration molaire dans la solution

-    Qu’est-ce qu’un réactif de dosage ?

-    C’est le réactif titré ou le réactif à titrer.

-    Qu’est-ce qu’un réactif de titrant ?

-    Le réactif titrant est une espèce chimique en solution de concentration connue qui réagit avec le réactif à titrer.

-    Définir l’équivalence d’un titrage.

-    à l’équivalence, les réactifs sont dans les proportions stœchiométriques définies par les coefficients de la réaction. 

-    à l’équivalence, il n’y a pas de réactif limitant.

-    Quelles sont les caractéristiques d’une réaction de dosage ?

-    La réaction de dosage doit être rapide, totale, unique.

II- Expérience préliminaire.

ManipulationDans un tube à essais :

-    Introduire 2 mL de solution de sel de Mohr (1).

-    Ajouter goutte à goutte une solution de permanganate de potassium (K + (aq)  +   MnO4 (aq)) acidifiée. 

-    Observer et interpréter sachant que

-    les ions permanganate MnO4 donnent une couleur violette à la solution qui les contient

-    que les ions fer II, Fe 2+ (aq), donnent une couleur vert pâle à la solution qui les contient

-    que les ions fer III, Fe 3+ (aq), donnent une couleur jaune orangée à la solution qui les contient

-    et que les autres ions sont incolores.

-    Observations :

-    La solution de permanganate de potassium (K +(aq)  +   MnO4 (aq)) acidifiée

-    se décolore presque immédiatement en présence de sel de Mohr (ions fer II, Fe 2+ (aq)). 

-    La solution dans le tube à essais prend une teinte orange caractéristique des ions fer III, Fe 3+ (aq).

Rédaction Citer les deux couples oxydant / réducteur mis en jeu. Établir l’équation bilan de la réaction de titrage.

-  Couples oxydant / réducteur :

-  Fe 3+ / Fe 2+

-  MnO4 / Mn 2+

-  Demi-équations électroniques :

-  Fe 3+   +    e    =   Fe 2+

 -  Pour ce faire, on utilise une méthode systématique qui comprend plusieurs étapes :

 

Demi-équation électronique

Première étape :

On écrit le couple oxydant / réducteur

MnO4   =   Mn 2+

Deuxième étape :

On équilibre l’élément oxygène avec de l’eau

MnO4   =   Mn 2+   +  4 H2O

Troisième étape :

On équilibre l’élément hydrogène avec +

(on travaille en milieu acide)

MnO4  + 8 H +  =   Mn 2+   +  4 H2O

Quatrième étape :

On équilibre les charges avec les électrons.

MnO4  + 8 H + +   5 e  =   Mn 2+   +  4 H2O

-  Conclusion : l’ion permanganate est un oxydant en milieu acide.

-  Équation bilan de la réaction de dosage :

5  (   Fe 2+ (aq)  =   Fe 3+ (aq)  +   1 e    )

1 (   MnO4  (aq) + 8 H + (aq) +   5 e  =   Mn 2+ (aq)  +  4 H2O  (ℓ)  )

 MnO4 (aq)  +  8 H + (aq)Fe 2+ (aq)    Mn 2+ (aq)   + 5  Fe 3+ (aq)  +  4 H2O (ℓ)  

 

 

III- Titrage.

1)- Le matériel.

-    Repérer le matériel fourni. Le schématiser et noter les modes d’utilisation.

2)- Les solutions.

-    Noter les caractéristiques de toutes les solutions mises à votre disposition.

-    La solution de permanganate de potassium est violette (les ions permanganate MnO4 donnent une couleur violette à la solution qui les contient).

-    La solution de sel de Mohr (2) est vert pâle (les ions fer II, Fe 2+ (aq), donnent une couleur vert pâle à la solution qui les contient)

-    Les ions fer III, Fe 3+ (aq), donnent une couleur jaune orangée à la solution qui les contient.

-    et que les autres ions sont incolores.

 

-    Remarque :

-    La burette de Mohr recevra la solution de permanganate de potassium et un bécher recevra la solution de sel de Mohr.

3)- Titrage rapide.

-    Rincer la burette avec la solution de permanganate de potassium de concentration C0 = 15 mmol / L.

-    Remplir la burette avec la solution de permanganate de potassium (solution oxydante) et ajuster le niveau au zéro de la graduation.

-    À l’aide d’une pipette munie de sa propipette, prélever un volume V  = 10 mL de la solution de sel de Mohr (solution réductrice). 

-    Faire s’écouler le liquide le long de la paroi du bécher.

-    Ajouter un barreau aimanté.

-    Ajouter un peu d’eau distillée.

-    Placer le bécher au-dessous de la burette de Mohr et sur un agitateur magnétique.

RédactionFaire un schéma du dispositif prêt à fonctionner. 

ManipulationVerser mL par mL la solution de permanganate de potassium jusqu’à l’obtention du changement de couleur observé lors de l’expérience préliminaire.

RédactionNoter le volume, V1 de solution de permanganate de potassium versé.

-    V1 = 14 mL

RédactionAvec quelle précision connaît-on le volume versé à l’équivalence ?

-    Précision de l’ordre du millilitre.  En conséquence : 13 mL < Veq <  14 mL

4)- Le titrage précis.

ManipulationRecommencer le titrage, mais en versant d’un seul coup un volume V1 – 2 mL de réactif titrant.

-    Continuer ensuite goutte à goutte jusqu’au changement de couleur.

RédactionNoter Veq le volume versé.

-    Veq 13,5 mL

 

RédactionAvec quelle précision connaît-on le volume versé à l’équivalence ?

-    Le volume versé à l’équivalence est connu à la goutte près (ordre de grandeur de 0,05 mL à 0,10 mL)

IV- Exploitation.

RédactionConstruire le tableau descriptif de l’évolution du système pour un volume V quelconque de solution de permanganate de potassium versé.

-    Tableau d’avancement de la réaction : pour un volume V < Veq.

Équation

MnO4 (aq)

+ 8 H + (aq)

5 Fe 2+ (aq)

Mn 2+ (aq)

+ 5  Fe 3+ (aq)

+  4 H 2 O(ℓ)

État

Avanc.

É.I

(mol)

n1 = C.V

excès

n1 = [Fe 2+].Vi

0

0

solvant

équi

n1 = C. Veq

excès

n1 = [Fe 2+].Vi

0

0

solvant

Au

cours

C.V – x

[Fe 2+].Vi 5 x

x

5 x

solvant

É.F

(mol)

C.V – xmax

[Fe 2+].Vi 5 xmax

x max

5 xmax

solvant

équi

C.Veq – xmax = 0

[Fe 2+].Vi 5 xmax = 0

x max

5 xmax

solvant

 

RédactionÉtablir les relations concernant les quantités de matière qui permettent de déterminer la concentration des ions fer II de la solution de sel de Mohr.

-    À l’équivalence, les réactifs sont dans les proportions stœchiométriques : il n’y a pas de réactifs limitant. 

-    Tous les réactifs ont été consommés.

-    C.Veq – xmax = 0   =>   xmax = C.Veq (1)

-      (2)

-    En combinant (1) et (2) :

 

RédactionDonner l’expression littérale de la concentration recherchée.

-      de cette expression, on tire :

 

RédactionCalculer la valeur de la concentration en ions fer II de la solution de sel de Mohr.

-    Concentration en ions fer II :

-