1ère Gle - Spécialité SPC - DST n°2 - Correction La notation tient compte de la rédaction, du vocabulaire utilisé, de la qualité de la présentation et de l’orthographe. Les réponses doivent être justifiées. Les calculs doivent être précédés d’une expression littérale. Les exercices proposés sont indépendants, peuvent être traités dans un ordre différent. L’utilisation de la calculatrice et de la classification périodique est autorisée. Dosage en retour Le dosage en retour est une méthode de détermination indirecte de la quantité de matière à doser. On fait réagir la substance à doser avec une quantité connue nT et en excès de réactif titrant puis on neutralise l'excès de réactif titrant avec un autre réactif. Connaissant la quantité totale nT de réactif titrant et la quantité n 2 qui a été neutralisée par le deuxième réactif, on en déduit par simple soustraction la quantité n1 (n1 = nT − n 2) qui a servi à neutraliser la matière à doser et par conséquent la quantité de matière à doser. LA VITAMINE C La vitamine C (acide ascorbique) est extrêmement importante pour l’organisme car elle est impliquée dans de nombreux mécanismes physiologiques (synthèse du collagène, des globules rouges, promoteur de l’assimilation du fer entre autre). Une forte carence en vitamine C provoque le scorbut. La vitamine C est présente dans de nombreux aliments mais en cas de carence des compléments alimentaires peuvent être utilisés. Une des propriétés les plus importantes de la vitamine C est son activité réductrice. Cela lui confère une action antioxydante. En effet, la vitamine C est oxydable en déhydroascorbate (DHA) ce qui piège les éventuels oxydants ou radicaux dans l’organisme. DONNÉES : ➡ Couples : ❖ ❖ I2(aq) /I(−aq) ; S4O 2− 6 (aq) /S2O 2− 3 (aq) ; ❖ ➡ L’empois d’amidon en présence de diiode a une couleur bleu foncé. Voici le protocole permettant de mesurer la quantité de vitamine C contenue dans un comprimé de vitamine C de 500 m g : ✓ ✓ ✓ 2019 - 2020 100,0 m L de solution S1 contenant un comprimé de vitamine C ; Prélever 10,0 m L de solution S1 avec une pipette jaugée, verser le prélèvement dans une fiole jaugée de 100,0 m L, ajuster au trait de jauge, on obtient la solution S2 ; Prélever 10,0 m L de solution S2 avec une pipette jaugée, verser le prélèvement dans bécher ; Préparer Page 1 sur 7 [email protected] 1ère Gle - Spécialité SPC - DST n°2 - Correction 10,0 m L d’une solution d’acide phosphorique à 5 % puis 10,0 m L d’une solution de −1 diiode (concentration Cdiiode = 5,0 .10−3 m ol . L ) et un peu d’empois d’amidon. ✓ ajouter au prélèvement ✓ laisser agir cinq minutes ; verser peu à peu une solution de thiosulfate de sodium (Cthiosulfate ✓ 1. = 5,0 .10−3 m ol . L−1 ; ) à l’aide d’une burette jusqu’à décoloration du mélange réactionnel. 2 Na+aq + S2O 2− ( ( ) (aq)) Détailler le protocole de dilution en précisant le matériel employé. Protocole permettant d’effectuer une dilution au dixième. ✦ Prélever 10,0 m L de la solution S1 à l’aide d’une pipette jaugée de 10,0 m L et d’un système d’aspiration; 2. ✦ Verser le volume prélevé dans une fiole jaugée de 100,0 mL ; ✦ Remplir la fiole jaugée avec de l’eau distillée jusqu’au 2/3 et agiter ; ✦ Compléter jusqu’au trait de jauge et agiter. Détailler la réaction qui a lieu dans le bécher avant l’ajout de thiosulfate. Les deux demi-équations mises en jeu : Couple I2 aq /I −aq : ( ) ( ) I2 (aq) 2 e− + I(−aq) = Couple C6 H6O5 l /C6 H8O5 l : () () C6 H6O5 (l) 2 H+ + 2 e− + = C6 H8O5 (l) Les réactifs sont le diiode et l’acide ascorbique. L’équation de la réaction est : I2 (aq) 3. + C6 H8O5 (l) ⟶ C6 H6O5 (l) 2 I− + + 2 H+ Détailler la réaction qui a lieu pendant l’ajout de thiosulfate. Les deux demi-équations mises en jeu : Couple I2 aq /I −aq : ( ) ( ) I2 (aq) Couple S4O 2− 6 (aq) 2 e− + I(−aq) = /S2O32−aq : ( ) S4O62−aq ( ) 2 e− + 2 S2O32−aq = ( ) Les réactifs sont le diiode et le thiosulfate. L’équation de la réaction est : I2 (aq) 4. + 2 S2O32−aq ( ) S4O62−aq ⟶ ( ) + 2 I− Justifier la décoloration lors de l’ajout de thiosulfate. L’empois d’amidon a une couleur bleu foncé en présence du diiode. D’après l’équation de la réaction de la question précédente, le mélange réactionnel est bleu. Plus le diiode réagit, moins la solution sera bleue jusqu’au point d’équivalence, où la solution deviendra incolore. Ce titrage s’effectue par colorimétrie. 5. Le volume de thiosulfate versé lorsque la décoloration totale est observée est de contient bien 500 m g de vitamine C. 8,4 m L . Vérifier si le comprimé A l’équivalence on obtient : I2 (aq) 2019 - 2020 + 2 S2O32−aq ( ) ⟶ Page 2 sur 7 S4O62−aq ( ) + 2 I− [email protected] 1ère Gle - Spécialité SPC - DST n°2 - Correction D’où : n 0 (I2) A.N. : n 0 (I2) exces = exces = nE (S2O32−) 2 5,0 .10−3 × 8,4 .10−3 2 La quantité de diiode en excès est de : 2,1 La quantité initiale en diiode vaut : n 0 (I2) initiale ⟺ n 0 (I2) = exces n 0 (I2) 2 n 0 (I2) ⟺ exces = 2,1 .10−5 m ol .10−5 m ol initiale = C (I2) ⋅ V (I2) = 5,0 .10−3 × 10,0 .10−3 La quantité de diiode initiale est de : 5,0 C (S2O32−) ⋅ V (I2) n 0 (I2) ⟺ initiale = 5,0 .10−5 m ol .10−5 m ol La quantité de matière de diiode qui a réagi se calcule tel que : n 0 (I2) n 0 (I2) reagi reagi = n 0 (I2) = 5,0 .10−5 − 2,1 .10−5 ⟺ initiale − n 0 (I2) exces n 0 (I2) = 2,9 .10−5 m ol reagi La quantité de matière de diiode qui a réagi lors de la réaction vaut : 2,9 .10−5 m ol Ayant calculé la quantité de matière de diiode qui a réagi, il est possible de déterminer la quantité de matière d’acide ascorbique en utilisant l’équation de la réaction : I2 (aq) + C6 H8O5 (l) ⟶ C6 H6O5 (l) + 2 I− + 2 H+ Les cœfficients stœchiométriques sont égaux à 1, ainsi 1 mole de diiode réagit avec 1 mole d’acide ascorbique. Donc 2,9 .10 −5 m ol de diiode réagit avec 2,9 .10−5 m ol d’acide ascorbique. La concentration en vitamine C de la solution S2 vaut : C (C6 H8O5 (l)) = A.N. : C (C6 H8O5 (l)) = 2,9 .10−5 −3 10,0 .10 ⟺ n V C (C6 H8O5 (l)) = 2,9 .10−3 m ol . L −1 Pour obtenir la solution S2 la solution S1 a été diluée par 10. Ainsi la solution S1 est 10 fois plus concentrée que la −2 m ol . L −1. La concentration de la vitamine C dans la solution S1 permet de déterminer solution S2, donc C (S1) = 2,9 .10 la masse d’acide ascorbique contenue dans un comprimé : m =n⋅M Or : n = c⋅V Donc : 2019 - 2020 Page 3 sur 7 [email protected] 1ère Gle - Spécialité SPC - DST n°2 - Correction m = c⋅V⋅M A.N. : m = 2,9 .10−2 × 100 .10−3 × (6 × 12 + 8 × 1 + 5 × 16) ⟺ La masse d’acide ascorbique contenue dans le comprimé est de grandeur que la valeur indiquée sur la boite 500 m g. m = 0,464 g ⟺ m = 464 m g m = 464 m g , ce qui est du même ordre de Traitement de végétaux au sulfate de fer II Les maladies cryptogamiques (rouille, cloque, mildiou, etc.) représentent 90 % des maladies affectant les végétaux du jardin. Pour les enrayés er, il est possible d’appliquer une solution de sulfate de fer II sur les Fe 2+ + SO 2− 4 (aq)) ( (aq) végétaux, mais ceci doit être fait avec modération car le sulfate de fer II acidifie le sol et peut être nuisible aux vers de terre. Le sulfate de fer II existe sous diverses formes : anhydre de molécules d’eau, varie de 1 à 7. FeSO4 (s) ou hydraté (FeSO4 , n H2O(s)) où n, nombre DOCUMENT 1 - MALADIE CRYPTOGAMIQUE Colonie de champignons cryptogamiques sur des feuilles d’olivier. DOCUMENT 2 - TITRAGE DES IONS FER II K + + MnO−4 (aq) : 0,5 g de permanganate de ( (aq) ) potassium K MnO4 (s) pur est dissous dans de l’eau distillée dans une fiole jaugée de 250,0 m L. Solution à titrer S : 280 m g de sulfate de fer II (FeSO4 , n H2O(s)) sont dissous dans de l’eau distillée Solution titrante ST de permanganate de potassium ❖ ❖ dans une fiole jaugée de 1,00 L. La solution de permanganate de potassium est placée dans la burette. Puis elle est versée lentement sur un échantillon de 10,0 m L de la solution à titrer. A l’équivalence la couleur de la solution passe du vert Fe 2+ (aq) 2019 - 2020 Page 4 sur 7 − au violet MnO4 aq ( ) [email protected] 1ère Gle - Spécialité SPC - DST n°2 - Correction DONNÉES g . m ol −1 : M (Fe) : 56 ; M (O) : 16 ; M (H ) : 1 ; M (S ) : 32 ; M (Mn) : 55 ; M (K ) : 39 Masses molaires en Couples redox : MnO−4 (aq) /Mn2+ ; Fe 3+ /Fe 2+ ; aq aq aq ( ) ( ) ( ) Pictogramme de sécurité du sulfate de fer II : Pictogrammes de sécurité du permanganate de potassium : On souhaite éviter un surdosage du traitement. On veut donc connaître le taux d’hydratation du sulfate de fer II. On réalise un titrage des ions fer II l’équivalence est de VE 1. = 16,0 m L. − Fe 2+ par des ions permanganate MnO4 aq . Le volume de solution titrante versée à ( ) aq ( ) A quoi correspondent les pictogrammes de sécurité présents sur le flacon de permanganate de potassium ? Quelles précautions doivent être prises lors de ce dosage ? 2019 - 2020 Page 5 sur 7 [email protected] 1ère Gle - Spécialité SPC - DST n°2 - Correction 2. Détailler le protocole à suivre et le dispositif utilisé pour réaliser le titrage. - La burette contient la solution titrante ST de permanganate de potassium de concentration connue CT - L’erlenmeyer contient un volume V 3. = 10,0 m L de solution S à titrer. Ecrire les demi-équations électroniques puis l’équation de la réaction d’oxydo-réduction ayant lieu lors du titrage, en précisant quel est le réactif oxydant. − Couple MnO4 aq /Mn2+ : ( ) (aq) MnO−4 Couple Fe 3+ /Fe 2+ : (aq) (aq) Fe3+ aq ( ) L’oxydant est l’ion permanganate ayant lieu lors du titrage est : MnO−4 4. (aq) + 8 H+ (aq) + 8 H+ + e− 5 e− + Mn2+ = + (aq) 4 H2O (l) Fe 2+ aq = ( ) MnO−4 et le réducteur est l’ion Fe 2+ . Le bilan de la réaction d’oxydoréduction aq ( + 5 Fe 2+ aq ( ) = Mn2+ (aq) ) + 5 Fe3+ aq ( ) + 4 H2O (l) Calculer la concentration molaire de la solution de permanganate de potassium, en déduire que la quantité d’ions ayant réagi à l’équivalence est n (MnO4 ) − = 2,0 .10−4 m ol. K + + MnO−4 (aq) est : ( (aq) ) mT avec nT = M(K MnO4 ) La concentration de la solution de permanganate de potassium CT = Soit : nT V CT = A.N. : avec m T = 0,5 g et V = 250 m L = 0,250 L CT = 2019 - 2020 mT V ⋅ M(K MnO4 ) 0,5 0,250 × (39 + 55 + 4 × 16) ⟺ Page 6 sur 7 CT = 1,27 .10−2 m ol . L −1 [email protected] 1ère Gle - Spécialité SPC - DST n°2 - Correction A l’équivalence VE = 16,0 m L, la quantité d’ions permanganate MnO−4 ayant réagi est : n(MnO−4 ) = CT ⋅ VE A.N. : n(MnO−4 ) = 1,27 .10−2 × 16 .10−3 Déterminer la quantité d’ions fer II Fe 2+ 5. (aq) n(MnO−4 ) = 2,0 .10−4 m ol ⟺ c.q.f.d. présents et la masse de FeSO4 (s) dans la solution à titrer. A l’équivalence, d’après l’équation bilan : MnO−4 (aq) + 8 H+ On a : n(MnO−4 ) = A.N. : 5 Fe 2+ aq + ( n(Fe 2+) 5 Mn2+ = ) 5 Fe3+ aq + ( ) + 4 H2O (l) n(Fe 2+) = 5 ⋅ n(MnO−4 ) ⟺ n(Fe 2+) = 5 × 2,0 .10−4 (aq) n(Fe 2+) = 1,0 .10−3 m ol ⟺ D’après l’équation de dissolution du sulfate de fer II : FeSO4 (s) SO 2− 4 aq ⟶ ( ) Fe 2+ (aq) + On a donc : n(Fe 2+) = n(FeSO4 ) D’où : m(FeSO4 ) = n(FeSO4 ) ⋅ M(FeSO4 ) A.N. : m(FeSO4 ) = n(Fe 2+) ⋅ M(FeSO4 ) ⟺ m(FeSO4 ) = 1,0 .10−3 × (56 + 32 + 4 × 16) ⟺ m(FeSO4 ) = 0,15 g En déduire la valeur du nombre entier n dans la poudre de sulfate de fer II (FeSO4 6. , n H2O(s)). Pour déterminer n, on sait que lors d’une dissolution la quantité de matière est conservée : (FeSO4 , n H2O(s)) On a donc : n (Fe 2+) = avec : SO 2− 4 aq ( ) Fe 2+ (aq) + + n H2O n (FeSO4 , n H2O(s)) = n (Fe 2+ (aq) ) avec : ⟺ ⟶ m(FeSO4 , n H2O) M(FeS 04 ) + n M(H2O) ⟺ M(FeS 04 ) + n M(H2O) = m(FeSO4 , n H2O) n M(H2O) = − M(FeS 04 ) n(Fe 2+) ⟺ n= m(FeSO4 , n H2O) n(Fe 2+) m(FeSO4 , n H2 O) n(Fe 2+ ) − M(FeS 04 ) M(H2O) m = 278 m g = 0,278 g A.N. : n= 0,278 1 .10−3 − (56 + 32 + 4 × 16) 2 × 1 + 16 La formule du sulfate de fer est 2019 - 2020 ⟺ n =7 (FeSO4 , 7 H2O(s)), soit sulfate de fer heptahydraté. Page 7 sur 7 [email protected]
