Thème 1 : Constitution et transformations de la matière Terminale Spécialité Dosage conductimétrique par étalonnage I. T.P 03 Détermination de la salinité d’une eau de mer Définition 1.1. Définition La salinité est la quantité totale des résidus solides (en grammes) contenue dans 1 kg d'eau de mer. Par cette définition, en théorie, il suffit d’additionner la concentration massique de chaque espèce contenue dans l’eau de mer pour l’obtenir. 1.2. Loi de Dittmar Selon la loi de Dittmar, la salinité ou concentration totale des sels dissous de l’eau de mer varie d’un endroit à l’autre mais ces proportions restent les mêmes dans tous les océans. Cette loi fut établie par William Dittmar en 1884, après des analyses chimiques sur 77 échantillons d'eau de mer prélevés à travers le monde. Expérimentalement, pour obtenir la salinité totale par analyse chimique directe, séchage et pesée du résidu solide, il faut chauffer fortement car les substances sont hygroscopiques. De plus, certains corps notamment les chlorures, s'échappent au cours du dernier stade de séchage, d’autres corps s’oxydent. L’eau de mer préparée a les concentrations massiques suivantes en sels ioniques : Sels ioniques Concentrations massiques (g.L-1) NaCl KCl CaCl2 MgSO4 29,62 0,39 1,17 3,30 Proposer un protocole permettant de déterminer, le plus simplement possible, expérimentalement la masse volumique de cette eau de mer ? ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………..…….… ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… Mettre en œuvre le protocole expérimental proposé afin de déterminer la masse volumique, ρmer, de la solution d’eau de mer. ……………………………………………………………………………………………………..…….… ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… 1.3. Intervalle de confiance En physique et en chimie, toute grandeur, mesurée ou calculée, est entachée d’erreur, ce qui ne l’empêche pas d’être exploitée pour prendre des décisions. Il est essentiel d’indiquer la précision avec laquelle les données mesurées sont fournies, soit en veillant à indiquer le bon 9 Thème 1 : Constitution et transformations de la matière Terminale Spécialité nombre de chiffres significatifs, soit en donnant l’incertitude. Ces informations permettent de valider la méthode de mesure utilisée et les conclusions tirées des mesures. ▪ Relever sur la fiole l’incertitude absolue concernant la mesure du volume : ΔV = …………… ▪ Calculer alors l’incertitude relative concernant la masse volumique de l’eau de mer : ∆𝜌 2 ∆𝑉 ( 𝜌 𝑚𝑒𝑟 ) = ( 𝑚𝑒𝑟 𝑉 2 ∆𝑚 ) + ( 𝑚 2 ) Remarque : pour la pesée on prendra Δm = ± 0,02 g ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… ▪ Exprimer le résultat concernant la masse volumique en faisant apparaitre l’intervalle de confiance : ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… ▪ En déduire la concentration massique de cette eau de mer. ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………..…….… ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… II. Détermination de la salinité d’une eau de mer par étalonnage 2.1. Principe Dans la méthode d’étalonnage, on prépare une gamme de solutions dont les concentrations sont connues et entourent la concentration de la solution d’eau de mer. On mesure une grandeur, ici la conductivité, puis on trace le graphe correspondant à la grandeur en fonction des concentrations de la gamme. On modélise la courbe ainsi obtenue et on obtient la nouvelle détermination. 2.2. Préparation du conductimètre La conductivité molaire, 𝛔, d’une solution traduit la capacité des ions de cette solution à conduire le courant électrique. Elle s’exprime en S.m-1(Siemens par mètre). Elle dépend de la nature des ions (représentée par la grandeur λ conductivité molaire ionique), de leur concentration dans la solution et de la température. Régler le calibre sur « 20 mS.cm-1». Ne plus modifier ce réglage durant toute l’expérience. Placer la sonde dans le bécher contenant l’eau distillée en attendant la préparation des solutions filles. Etalonner le conductimètre. Sortir la cellule conductimétrique, la rincer avec l’eau distillée puis l’essuyer à l’aide du papier Joseph. 10 Thème 1 : Constitution et transformations de la matière Terminale Spécialité 2.3. Préparation des solutions filles Vous allez mesurer la conductivité de solutions salines à différentes concentrations. La solution initiale (solution mère So) a une concentration de Co = 30 g.L-1. Cette concentration étant trop élevée pour que l’on puisse en mesurer la conductivité. Elle va falloir la diluer et préparer différentes solutions filles. Attention : Etant donné que vous aurez plusieurs volumes de solution mère à utiliser, on utilisera la burette graduée pour mesurer ces volumes et non la pipette jaugée comme habituellement. On désire préparer un volume Vf = 50,0 mL d’une solution fille à la concentration Ci en soluté apporté. On dispose pour cela d’une solution aqueuse mère à la concentration Co = 30 g.L-1. ▪ Exprimer, en le justifiant, le volume Vm de solution mère à prélever. ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………………… ▪ Compléter les deux premières lignes du tableau. Vburette (mL) Vfiole (mL) 50,0 50,0 50,0 50,0 50,0 Ci (g.L-1) 1,5 2,1 3,0 4,5 6,0 Conductivité mS.cm-1 Placer la solution mère dans la burette graduée, puis préparer la solution fille dans la fiole jaugée de 50,0 mL. Faire vérifier la solution fille préparée. Verser la solution fille dans un bécher. Faire de même pour toutes les solutions filles. Sortir la sonde du conductimètre, l’essuyer délicatement. Plonger la sonde dans le bécher contenant la solution fille et reporter dans le tableau la valeur de la conductivité mesurée. 2.4. Etude de la solution d’eau de mer La solution d’eau de mer est trop concentrée. On désire préparer V’ = 100,0 mL d’une solution diluée 10 fois. Proposer un protocole permettant de réaliser la solution fille à partir de la solution mère d’eau de mer. ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………..…….………… ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… Rincer la sonde conductimétrique puis bien l’essuyer. Verser la solution diluée d’eau de mer dans un bécher puis mesurer sa conductivité. 𝛔’ = ……….……………..…….… 11 Thème 1 : Constitution et transformations de la matière Terminale Spécialité ▪ Pour l’ensemble des solutions des solutions filles, tracer la courbe d’étalonnage = f(Ci). ▪ Par construction graphique, déterminer la concentration massique de la solution diluée d’eau de mer puis en déduire la concentration massique de la solution d’eau de mer. 𝛔𝐝𝐢𝐥𝐮é𝐞 = ……….……………..…….… 𝐂𝒅𝒊𝒍𝒖é𝒆 = ……….……………..…….… 𝐂𝒎è𝒓𝒆 = ……….……………..…….… ▪ Comparer le résultat obtenu avec la valeur de la salinité calculée au début de la séance. ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………..…….… ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………………. .……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… 12
