Questionnaire - Olympiades de chimie

Dosage du cuivre dans un laiton (durée : 2 heures)
Nom :
Objectifs :
 Réaliser et exploiter une courbe d’étalonnage pour faire un dosage ;
 Exploiter un titrage.
Les laitons, connus depuis plusieurs siècles avant J.C. ("Age du bronze"), sont tous des alliages cuivre-zinc. Industriellement,
on n’utilise que ceux renfermant moins de 45% de zinc. On leur donne le nom de "cuivre jaune", et on indique leur
composition par le "titre" (masse en g de cuivre pour 100 g d'échantillon).Nous disposons d'un fil de laiton du commerce dont
on désire déterminer le titre.
Pour ce faire, on fait d’abord « passer » le métal cuivre à l’état d’ions cuivre II, par réaction d’oxydoréduction avec une
solution d’acide nitrique, puis on détermine la concentration molaire de la solution par deux méthodes différentes :
-
Dosage par étalonnage ;
Dosage par titrage indirect.
A- Préparation de la solution à doser
Sur une balance au centigramme, peser entre 0,50 g et 0,75 g de laiton. Noter la masse m exacte :
m=
Cet échantillon est ensuite placé sous la hotte dans un erlenmeyer contenant 5 mL de
solution d’acide nitrique concentré (acide nitrique à 60 %).
Attention à la manipulation de l’acide : le port de lunettes et de gants est obligatoire
Observer la coloration que prend la solution ainsi que la couleur du gaz qui se dégage (dioxyde d’azote).
La réaction se poursuit jusqu’à disparition complète du solide (environ 5 minutes).
Lorsque la réaction est terminée, verser la solution obtenue dans une fiole jaugée de 250 mL partiellement remplie
d’eau distillée, et compléter jusqu’au trait de jauge. On obtient une solution S.
Question :
La réaction qui a lieu est une réaction d’oxydoréduction entre le cuivre métal et les ions nitrates NO 3-(aq) en milieu
acide. Ecrire l’équation de la réaction, sachant que les couples mis en jeu sont : (Cu2+(aq) / Cu(s) ) et (NO3-(aq) / NO(g) ).
Il se forme du monoxyde d’azote NO qui s’oxyde à son tour en dioxyde d’azote.
-
B- Dosage par étalonnage
Les solutions aqueuses contenant des ions cuivre sont colorées. On peut donc déterminer par mesure d'absorbance leur
concentration en ion cuivre. Pour cela, on construit dans un premier temps une courbe d'étalonnage, en mesurant à une
longueur d'onde bien choisie l'absorbance de solutions étalon, de concentrations connues.
La mesure de l’absorbance de la solution S permet alors de déduire sa concentration en ions cuivre.
1) Choix de la longueur d’onde d’étude
Ci-contre le spectre d’absorption d’une solution aqueuse
de sulfate de cuivre de concentration molaire
C0 = 1,0.10-1 mol.L-1.
Questions :
D’après le spectre d’absorption, à quelle longueur d’onde doit-on travailler ? Justifier votre réponse.
Quel est l’ion responsable de l’absorption à cette longueur d’onde ?
Préciser la longueur d’onde choisie :
 =
nm.
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2) Réalisation des solutions étalon
A partir de la solution mère de concentration molaire C0 = 1,0.10-1 mol.L-1 en ion cuivre II (et de concentration
2.10-1 molL-1 en ion nitrate), préparer 50,0 mL de chacune des solutions « filles » figurant dans le tableau cidessous . On dispose de fioles jaugées de 50,0 mL, de pipettes jaugées de 5, 10 et 20 mL, ainsi que de béchers et
pots. On utilisera, comme solvant pour la dilution, une solution aqueuse d’acide nitrique à 60 % diluée 50 fois.
Si
S1
S2
S3
S4
S5
S6
Ci (x 10-2 mol.L-1)
1
2
3
4
5
6
V0 : volume de solution
mère à prélever (en mL)
Absorbance
Questions :
a)
Donner le volume de la solution mère à prélever pour la solution fille S1.
b)
Donner le mode opératoire pour la préparation de cette solution.
c)
Pourquoi utilise-t-on une solution aqueuse d’acide nitrique à 60 % diluée 50 fois pour ces dilutions?
3) Mesure de l’absorbance et tracé de la courbe d’étalonnage
On sélectionne la longueur d’onde d’étude choisie, et on fait le "blanc" (absorbance nulle) question a ci-dessous.
On mesure l’absorbance de chaque solution fille préparée (il est inutile de refaire le « blanc » pour les différentes
mesures car la longueur d’onde ne change pas mais il est recommandé d’utiliser la même cuve pour toutes les
mesures, en la rinçant soigneusement avec la solution à étudier). Consigner les valeurs d’absorbance mesurées dans
le tableau ci-dessus.
Tracer sur papier millimétré la courbe d’étalonnage A = f ([Cu2+])
-
-
Questions :
a)
Que prendre comme solution pour faire le blanc ?
b)
Rappeler la loi que l’on vérifie en traçant la courbe d’étalonnage.
4) Dosage de la solution préparée à partir de l’échantillon de laiton
Après avoir fait le « blanc », on mesure l’absorbance de la solution S, à la même longueur d’onde.
A=
Questions :
a)
A l’aide de la courbe d’étalonnage, déterminer la concentration molaire en ions cuivre II de la solution S.
b)
En déduire la masse de cuivre dans l’échantillon de laiton pesé. (masse atomique du cuivre : 63,5 g.mol-1).
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c)
A l’aide de la masse m de cet échantillon, calculer le titre du laiton, exprimé en %.
C- Titrage indirect
1) Réduction des ions cuivre
Verser V = 10,00 mL de solution S dans un erlenmeyer puis goutte à goutte une solution de soude à 1 mol.L- 1 jusqu’à
persistance d’un léger précipité bleu d’oxyde de cuivre II.
Introduire alors une goutte d’acide nitrique dilué pour faire disparaître ce précipité.
ajouter un excès (10 mL environ) d’iodure de potassium de concentration molaire 0,5 mol.L-1.
Il se produit une réaction d’oxydoréduction totale entre les ions cuivre II et les ions iodure, impliquant les couples
(Cu2+(aq) / CuI(s)) et (I2(aq) / I-(aq)).L’équation chimique de cette réaction est la suivante :
-
4 I -(aq) + 2 Cu 2+(aq) = I 2
(aq)
+ 2 Cu I (S) .
Questions :
a)
Quelle est la nature du précipité observé ? A quoi est due la coloration jaune orangée de la solution ?
b)
Donner la relation entre la quantité de diiode formée et la quantité initiale d’ions cuivre Cu2+(aq).
Remarque : l’ajout de soude a pour but de minimiser la réaction d’oxydation des ions I - en diiode par les ions NO3- qui se
produit en milieu acide.
2) Titrage du diiode formé
-
Titrer le diiode formé par une solution de thiosulfate de sodium de concentration molaire C = 2,50.10-2 mol.L-1.
Lorsque la couleur de la solution est jaune pâle, ajouter un peu d’empois d’amidon ; achever le titrage rapidement en
agitant bien. La solution est “ blanche ” à l’équivalence.
Noter le volume équivalent :
V2E =
Questions :
a) Etablir l’équation du titrage sachant qu’il s’agit d’une réaction d’oxydoréduction mettant en jeu les couples
(I2(aq) / I-(aq)) et (S4O62-(aq)/S2O32-(aq)).
D-
b)
Quelle relation existe-t-il entre la quantité d’ion thiosulfate versé à l’équivalence et la quantité d’ions cuivre II
dans le prélèvement de la solution S ?
c)
En déduire la concentration en ion cuivre II de la solution S.
d)
Déterminer le titre du laiton à notre disposition.
Conclusion
Discuter les résultats obtenus par ces deux méthodes.
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