Dosage argentimétrique des ions chlorure, élimination du manganèse dans l'eau : bac STL CLPI Antilles 2011.

Dosage argentimétrique des uins chlorure. Le sérum physiologique est une solution aqueuse de chlorure de sodium de concentration massique CNaCl =9,0 g/L ( à 5 % près ), valeur indiquée par le fabricant. Dosage direct par la méthode de Mohr. Dans un erlenmeyer, on verse V=5,0 mL de sérum physiologique et V'=0,10 mL de solution saturée de chromate de potassium ( K2CrO4 ) de concentration C'=2,0 mol/L. On dose les ions chlorure par une solution de nitrate d'argent placée dans la burette.  Calculer la concentration des ions chromate dans la solution préparée. Concentration en soluté apporté : C = V' C' / (V+V') = 0,10*2,0 / 5,1 =3,92 10-2 ~3,9 10-2 mol/L. Or K2CrO4 (s) = 2K+aq + CrO42-aq. [CrO42-aq] = C =3,9 10-2 mol/L. Calculer la concentration molaire théorique des ions chlorure dans le mélange préparé. Concentration en soluté apporté : C0 =CNaCl / MNaCl =9,0 / 58,5 =0,1538 mol/L, puis tenir compte de la dilution : 0,1538 *5,0 / 5,1 =1,51 ~0,15 mol/L. Or NaCl (s) = Na+aq + Cl-aq. [Cl-aq] = C0 =0,15 mol/L. Deux précipités, AgCl(s) et Ag2CrO4 (s) peuvent se former au cours du dosage. On ne tiendra pas compte de la variation de volume total de la solution due à l'ajout de solution de nitrate d'argent. Ecrire les équations des réactions de précipitations correspondantes. Donner les expressions littérales des produits de solubilité des deux précipités. Ag+aq + Cl-aq = AgCl(s)  ; KS1 =[Ag+aq] [Cl-aq] 2Ag+aq + CrO42-aq = Ag2CrO4 (s)  ; KS2 =[Ag+aq]2 [CrO42-aq] Déterminer la concentration en ion argent dans l'erlenmeyer quand le chlorure d'argent commence à précipiter. On donne KS1 =10-9,75. Le chlorure d'argent commence à précipiter dès que : [Ag+aq] [Cl-aq] = 10-9,75. [Ag+aq]= 10-9,75 / [Cl-aq] =10-9,75 /0,151 ~1,2 10-9 mol/L. Montrer que c'est le précipité de chlorure d'argent qui se forme en premier. On donne KS2 =10-11,95. Le chlorure d'argent commence à précipiter dès que : [Ag+aq]2 [CrO42-aq] = 10-11,95. [Ag+aq]= (10-11,95 /  [CrO42-aq])½ =(10-11,95 / 3,92 10-2 )½ ~5,3 10-6 mol/L. Le chlorure d'argent prècipite dès que [Ag+aq]=1,2 10-9 mol/L tandis que le chromate d'argent n'apparaît que lorsque [Ag+aq]=5,3 10-6 mol/L . AgCl(s) apparaît le premier. A l'équivalence, le chromate d'argent ( rouge ) commence à précipiter. la solution initialement jaune, vire à l'orangé. Le volume, à l'équivalence Véq est égal à 16,0 mL de nitrate d'argent à la concentration CAg =0,050 mol/L. Déterminer la concentration molaire en ions chlorure ; en déduire la concentration massique du sérum en chlorure de sodium. A l'équivalence : Véq  CAg = [Cl-aq] V ; [Cl-aq] =Véq  CAg / V = 16,0 *0,050 / 5,0 =0,16 mol/L. Titre massique en NaCl du sérum : [Cl-aq] MNaCl =0,16*58,5 =9,36 ~9,4 g/L. La valeur truvée est-elle en accord avec l'indication du fabricant ? Justifier. Ecart relatif : (9,36-9,0) / 9,0 =0,040 ( 4,0 %), valeur inférieure à 5 % : la valeur trouvée est cohérente avec celle du fabricant. Méthode de dosage dite en retour. Cette méthode utilise une solution de thiocyanate d'ammonium (NH4+ aq +SCN-aq ). L'équivalence de ce deuxième dosage est repérée à l'aide d'un indicateur de fin de réaction ( l'ion Fe3+ ) ; il se forme àl'équivalence un complexe rouge [Fe(SCN)]2+. Nommer le complexe formé. Thiocyanato ferrate (III). Ecrire l'équation de la réaction de complexation. Fe3+ aq + SCN-aq = [Fe(SCN)]2+aq. Donner l'expression littérale de la constante de dissociation KD de ce complexe.  [Fe(SCN)]2+aq = Fe3+ aq + SCN-aq ; KD = [Fe3+ aq][SCN-aq] / [[Fe(SCN)]2+aq] Etude de la solution de thiocyanate d'ammonium utilisée. Donner l'expression littérale de la constante d'acidité Ka du couple NH4+ aq / NH3 aq. NH4+ aq +H2O(l) = NH3 aq + H3O+ aq. Ka  =[NH3 aq][H3O+ aq] / [NH4+ aq]. Déterminer le pH d'une solution de thiocyanate d'ammonium de concentration molaire CA = 0,050 mol/L, sans tenir compte de l'action des ions thiocyanate sur l'eau. Le thiocyanate d'ammonium est entièrement dissocié dans l'eau en ion NH4+ aq  et SCN-aq. On donne Ka  ( NH4+ aq / NH3 aq ) = 10-9,2. Le tableau suivant est établi pour 1 L de solution de thiocyanate d'ammonium. état du système avancement (mol) NH4+ aq  +H2O(l) = NH3 aq + H3O+ aq initial 0 CA solvant en grand excès 0 0 en cours x CA-x x x fin  xfin CA-xfin = 0,05-xfin xfin xfin On notera X= 0,05-xfin ; 10-9,2 =6,3096 10-10 = X2 / (0,05-X) ; (0,05-X) 6,3 10-10 = X2 ; X2 + 6,3096 10-10 X -3,1548 10-11 =0. D = ( 6,3096 10-10)2 +4*3,1548 10-11 =1,26192 10-10 ; D½ =1,1234 10-5 ; X =(- 6,3 10-10 +1,1234 10-5 ) / 2 = 5,62 10-6. [H3O+ aq] =5,62 10-6 mol/L ; pH = -log [H3O+ aq] = - log(5,62 10-6) =5,25 ~ 5,3. Elimination du manganèse dans l'eau. Chimie structurale. Donner la configuration électronique de l'atome de manganèse ( Z=25 ) dans son état fondamental. 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d5 4s2. Donner la configuration électronique de l''ion manganèse Mn2+ ( Z=25 ) dans son état fondamental. 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d5. La teneur maximale d'une eau en ion manganèse est de 9,0 10-7 mol/L. On dispose d'une eau naturelle dont la concentration en ion manganèse CMn2+ est égale à 2,0 10-6 mol/L, valeur supérieure à la norme autorisée. l'élimination des ions manganèse est possible par oxydation en dioxyde de manganèse MnO2, qui est un solide insoluble dans l'eau qui pourra être éliminé par filtration. Cette oxydation est réalisée en milieu acide,par les ions permanganate MnO4-aq, qui sont eux transformés en MnO2(s). Ecrire les demi-équations électroniques relatives aux couples MnO4-aq / MnO2(s) et MnO2(s) / Mn2+aq. Ecrire l'équation de la réaction. 2 fois { MnO4-aq  +4H+aq + 3e- =  MnO2(s) +2H2O(l) }  3 fois {Mn2+aq +2H2O(l) = MnO2(s) +4H+aq + 2e-}. 2 MnO4-aq  +8H+aq + 6e- +3Mn2+aq +6H2O(l)=  2MnO2(s) +4H2O(l) + 3MnO2(s) +12H+aq + 6e-. Simplifier : 2 MnO4-aq  +3Mn2+aq +2H2O(l)=  5MnO2(s) +4H+aq.   Cette réaction peut être considérée comme totale. On traite un volume V = 10 L de cette eau chargée en ion Mn2+aq par V' =5,0 mL d'une solution de permanganate de potassium à C' = 2,0 10-3 mol/L. Déterminer la concentration en ion Mn2+aq après traitement  et conclure. état du système avancement (mol) 2 MnO4-aq   +3Mn2+aq +2H2O(l) =  5MnO2(s) +4H+aq. initial 0 V'C' V[Mn2+aq] solvant 0 excès en cours x V'C'-2x V[Mn2+aq]-3x 5x fin xmax V'C'-2xmax =0 V[Mn2+aq]-3xmax=0 xmax =½ V'C' ; V[Mn2+aq] =3xmax =1,5 V'C' [Mn2+aq]  =1,5 V'C' / V = 1,5 *5,0 10-3 *2,0 10-3 / 10 =1,5 10-6 mol/L. On a donc éliminé 1,5 10-6 mol d'ion Mn2+ aq par litre d'eau ; il en reste donc : 2,0 10-6 -1,5 10-6  = 5,0 10-7 mol/L. Cette valeur est inférieure à la teneur maximale autorisée : l'eau est conforme à cette norme.

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