Demande chimique en oxygène : concours technicien laboratoire 2010.

Demande chimique en oxygène. On se propose d'étudier la pollution d'un échantillon d'eau de mer. Les matières organiques consomment, en se dégradant, le dioxygène dissous dans l'eau. Elles peuveent donc  être à l'origine, si elles sont trop abondantes, d'une consommation excessive de'oxygène et provoquer l'asphixie des organismes aquatiques. La demande chimique en oxygène ( DCO) est un indicateur de degré de pollution. Par définition la demande chimique en oxygène ( DCO) est la concentration massique, exprimée en mg/L, en dioxygène, équivalente à la quantité de dichromate de potassium consommée par les matières oxydables de la solution. On classe la qualité d'une eau suivant les critères quantitatifs suivants : DCO < 200 mg/L eau d'excellente qualité 200 < DCO < 250 mg/L eau potable 250 < DCO < 400 mg/L eau industrielle 400 < DCO < 800 mg/L eau médiocre La méthode utilisée pour déterminer la DCO d'un échantillon est basée sur l'oxydation de l'espèce organique par un excès d'ion dichromate. L'oxydation est réalisée à ébullition, en présence de sulfate d'argent ( jouant le rôle de catalyseur d'oxydation ) et de sulfate de mercure (II) ( complexant les ions chlorure et empéchant les ions chlorure d'interférer dans le dosage ). L'excès de dichromate est déterminer à l'aide d'une solution aqueuse S' d'ion fer (II) en présence de quelques gouttes de solution aqueuse de ferroïne ferreuse de formule [Fe(o-phen)3]2+. On ajoute un volume V1 de la solution aqueuse acidifiée S1 de dichromate de potassium à un prélèvement  de volume E de la solution à doser. La solution S1 a la concentration C1 = 4,15 10-3 mol/L. Lorsque la réaction d'oxydation est terminée, on dose l'excès de réactif par la solution aqueuse S2 de sel de Mohr FeSO4, (NH4)2SO4, 6 H2O de concentration C2 = 1,25 10-2 mol/L. Tout ce protocole esr réalisé à l'aide d'une verrerie de micro-chimie afin d'utiliser la plus faible quantité possible de réactifs. Solution de dichromate de potassium. Donner la nature du risque encouru lors de la manipulation d'une solution de dichromate de potassium. Nocif par contact avec la peau. Toxique en cas d´ingestion. Très toxique par inhalation. Los da sa manipulation, port de gants, blouse et travail sous hotte. Il peut être remplacer par le permanganate de potassium. Solution de fer (II). La solution de fer (II) est obtenue par dissolution de sel de Mohr. Le sulfate de fer (II) FeSO4 est un solide moins onéreux mais moins fréquemment utilisé quel le sel de Mohr. Donner la raison de ce choix. Oxydation des ions fer (II) en ion fer (III) en présence de l'oxygène dissous. La solution de fer (II) FeSO4 est moins stable que celle de sel de Mohr. L'utilisation de chlorure de fer (II) est à éviter au cours de ce dosage. Proposer une explication. Les ions chlorure peuvent être oxydés par l'ion dichromate, cette seconde réaction fausserait le titrage. L'échantillon d'eau est oxydé par un excès connu de dichromate de potassium. Dans un réacteur adéquat on introduit : - E = 2,0 mL d'eau à analyser ; - V1 = 2,0 mL de solution aqueuse de dichromate de potassium ; - 3 mL d'une solution d'acide sulfurique concentré contenant en outre du sulfate de mercure (II) et du sulfate d'argent ; - quelques grains de pierre ponce. On porte à reflux pendant une heure. Montage utilisé. Représenter le schéma annoté du montage permettant cette oxydation.. A : réfrigérant à eau ;B : ballon ; C : milieu réactionnel ; D : chauffe ballon ; E : élévateur à croisillons. Le chauffage à reflux permet d'accérer la réaction en travaillant à température modérée, tout en évitant les pertes de matière : les vapeurs se condensent dans le réfrigérant et retombent dans le ballon. Donner le rôle de la pierre ponce. La pierre ponce régularise l'ébullition. La graisse de rodage étant à proscrire, on utilise des manchettes en téflon pour étanchéifier le montage. Pour quelle raison cette précaution est-elle préconisée ? L'ion dichromate est un oxydant très puissant capable d'oxyder les graisses. Après refroidissement, le milieu réactionnel est dosé par la solution aqueuse S2 de sel de Mohr de concentration C2. Soit V2 = 2,75 mL. Expérimentalement, l'équivalence est repérée par le virage du vert  au rouge ; la couleur verte de la solution ne s'observe qu'après avoir versé quelques gouttes de solution titrante. Réaction de dosage. On donne les couples oxydant / réducteur :  (Fe3+aq /Fe2+ aq)  ; Cr2O72- aq/Cr3+aq. Ecrire l'équation de la réaction du dosage. 6 fois{Fe2+aq =Fe3+aq + e- }oxydation Cr2O72-aq+ 14H+aq + 6 e- = 2Cr3+aq + 7H2O réduction Cr2O72-aq+ 14H+ aq+ 6Fe2+aq = 6Fe3+aq + 2Cr3+aq + 7H2O. Pour quelle raison utilise t-on une solution titrante acidifiée ? L'ion dichromate est un oxydant puissant en milieu acide. "14H+ aq" est l'un des réactif. Exprimer n(Cr2O72-), la quantité de matière de dichromate consommée lors de l'oxydation des substances réductrices initialement présentes, en fonction de C1, C2, V1 et V2. A l'équivalence les quantités de matière d'ion fer(II) et d'ion dichromate sont en proportions stoechiométriques. n(Cr2O72-) excès = C2 V2 / 6 ; n(Cr2O72-) initial = C1 V1 ; n(Cr2O72-) = n(Cr2O72-) initial -n(Cr2O72-) excès =C1 V1 -C2 V2 / 6. Calcul de la DCO. Ecrire la demi-équation électronique correspondant à la réduction du dioxygène dissous O2aq en H2O(l). O2 aq +4e- + 4H+aq = 2H2O(l) En utilisant la demi-équation électronique correspondant à la réduction de l'ion dichromate en chrome(III), en déduire une relation entre les quantités de dioxygène dissous n(O2) et le dichromate consommé  n(Cr2O72-) capables d'oxyder les substances réductrices présentes dans l'eau étudiée. Cr2O72-aq + 14H+aq + 6 e- = 2Cr3+aq + 7H2O 1,5 O2 aq +6e- + 6H+aq = 3H2O(l). 1,5 n(Cr2O72-) =  n(O2). La demande chimique en oxygène ( DCO) est la concentration massique, exprimée en mg/L, en dioxygène, équivalente à la quantité de dichromate de potassium consommée par les matières oxydables de la solution. Montrer que : DCO =1500 M(O2) / E C1 V1-250M(O2) / E C2 V2. Concentration en dioxygène dissout :  n(O2) / E. Titre massique en g/L :  n(O2) / E M(O2). Titre massique en mg/L : 1000* n(O2) / E M(O2). DCO =1,5[ C1 V1 -C2 V2 / 6]*1000/ E M(O2). DCO =1500[ C1 V1 -C2 V2 / 6] / E M(O2). A.N : DCO = 1500 [4,15 10-3 *2 -1,25 10-2  *2,75 / 6] / 2*32 DCO =61,7 ~62 ( eau d'excellente qualité ).

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