Aurélie 27/12/11
 

 

   Dosage des ions chlorure par conductimétrie, acide benzoïque, dilution : concours technicien chimiste Avignon 2011.




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Dosage des ions chlorure par conductimétrie.
Dans un becher, on verse un volume V0 = 200,0 mL d'une solution aqueuse de chlorure de potassium de concentration molaire en soluté apporté c0. On immerge dans cette solution, la cellule d'un conductimètre qui mesure la conductivité s de la solution. On lit s0 = 4,0 10-2 S m-1 à la température ambiante.
Dans le volume V0 de la solution aqueuse de chlorure de potassium, on ajoute goutte à goutte une solution aqueuse  de nitrate d'argent de concentration molaire en soluté apporté c1 = 0,080 mol/L.
On note la valeur de la conductivité s en fonction du volume V de solution de nitrate d'argent ajouté et on représente graphiquement s en fonction du volume V.

Ecrire l'équation du dosage.
a) Le son ne se propage pas dans le vide. Vrai.

Ag+aq +Cl-aq ---> AgCl(s).
Calculer la constante d'équilibre de cette réaction et vérifier qu'elle peut bien servir de réaction de type dosage. On donne pKs (AgCl)=9,7.
K = 1 / ([
Ag+aq] [Cl-aq]) = 1/Ks = 1/10-9,7 = 109,7 == 5,0 109.
K est grand : la réaction est totale ; de plus la transformation est rapide.
Cette réaction peut donc servir de support d'un dosage.

 Donner la définition de l'équivalence d'un titrage.
 A l'équivalence, les quantités de matière des réactifs sont en proportions stoechiométriques. Avant l'équivalence, dans le becher, les ions chlorure sont en excès, après l'équivalence, les ions argent sont en  excès.

Justifier l'allure de la courbe avant l'équivalence et après l'équivalence
. Calculer c0.
état avancement(mo) Ag+aq Cl-aq --> AgCl(s)
initial 0 n1 = C1VE n0 = C0V0 0
en cours x C1VE-x C0V0-x x
équivalence xéq C1VE-xéq =0 C0V0-xéq=0 xéq
A l'équivalence : C1VE = C0V0.
C0= C1VE / V0 =0,080*9 ,0 / 200 =3,6 10-3 mol /L = 3,6 mol m-3.
Avant l'équivalence : l'ion argent est en défaut. Le volume de la solution est  à peu près constant proche de V0.
s = lCl-
[Cl-aq]+ lNO3-[NO3-] +lK+[K+aq]
s = lCl- (C0V0-x)/V0 + lNO3- x /V0 + lK+C0.
s = lCl- C0-x lCl-/V0 +x lNO3-/V0 + lK+C0.
s =( lCl- + lK+)C0 + ( lNO3- - lCl-) x / V0 = s0+ ( lNO3- - lCl-) x / V0.
lNO3- =7,14 10-3 S m2 mol-1 ; lCl-=7,63 10-3 S m2 mol-1 ; lNO3- - lCl-)= -4,9 10-4 S m2 mol-1 .
s = 4,0 10-2 - 4,9 10-4 x / V0.
or x/V0 est inférieur à  
xéq/ V0 =C0 = 3,6 mol m-3 ;
4,9 10-4 x / V0 est inférieur à 4,9 10-4 *3,6 ~1,8 10-3 S m-1.
La conductivité de la solution  diminue donc très lentement et reste très proche de sa valeur initiale.

Après l'équivalence : l'ion chlorure est en défaut.
s = lAg+ [Ag+aq]+ lNO3-[NO3-] +lK+[K+aq]
s = l
Ag+ (x-C0V0)/V0 + lNO3- x /V0 + lK+C0.
s = - l
Ag+ C0+x lAg+ /V0 +x lNO3-/V0 + lK+C0.
s =( lK+- lAg+ )C0 + x /V0( lAg+ + lNO3- ).
La conductivité croît rapidement.


Solution d'acide benzoïque.
On introduit une masse m0 d'acide benzoïque dans de l'eau distillée afin d'obtenir un volume V0 = 100 mL de solution. Après dissolution totale, on obtient une solution aqueuse d'acide benzoïque notée S0 de
concentration C0 = 1,0.10-2 mol.L-1. Données : pKa( C6H5COOH/ C6H5COO-) = 4,2. Solubilité dans l'eau de l'acide benzoïque : 2,4g.L-1 à 25°C.
Quelle masse m0 faut-il peser pour préparer la solution S0 ? La solution est-elle saturée ?
Quantité de matière de soluté : n =V0C0 =0,10*1,0.10-2  = 1,0 10-3 mol. M(C6H5COOH) =122 g/mol.
m0 = n M(C6H5COOH) = 1,0 10-3 *122 = 0,12 g dans 0,1 L soit 1,2 g/L.
Cette valeur étant inférieure à la solubilité, la solution n'est pas saturée.
Le pH de la solution S0 est de 3,1.
Ecrire l'équation de la réaction de l'acide benzoïque dans l'eau.
C6H5COOHaq +H2O(l) =C6H5COO- aq +H3O+aq.
Tracer le diagramme de prédominance du couple acide benzoïque/ ion benzoate. En déduire l'espèce prédominante dans la solution S0.
A pH inférieur à pKa, la forme acide C6H5COOHaq prédomine.

On ajoute à la solution S0 quelques gouttes d'une solution concentrée de soude. Le pH mesuré est alors de 6,2.
Indiquer, sans calcul, quelle(s) est(sont) la (les) espèce(s) prédominante(s) dans la solution obtenue.
Espèces présentes : H3O+aq ; HO-aq ; Na+aq ; C6H5COOHaq ; C6H5COO- aq.
HO-aq négligeable devant H3O+aq à pH < 7 à 25°C ; C6H5COOHaq négligeable devant C6H5COO- aq à pH > pKa.
Écrire l'équation de la réaction qui se produit entre l'acide benzoïque et la soude.
C6H5COOHaq  + HO-aq = C6H5COO- aq +H2O(l).
Calculer la constante K de cette réaction.
K = [C6H5COO- aq] / ([C6H5COOHaq][HO-aq]) =[C6H5COO- aq][H3O+aq] / ([C6H5COOHaq][HO-aq][H3O+aq])
K = Ka / Ke = 10-4,2 / 10-14 = 1014-4,2 = 109,8 = 6,3 109.




Dilution d'une solution concentrée.
Sur l'étiquette d'une bouteille commerciale d'acide formique concentré, on relève les indications suivantes :
-poids moléculaire: 46,03 ; -densité: 1,22 ; -titre : 98%
Quel volume d'acide formique concentré faut-il prélever pour préparer 1 L de solution d'acide formique à c =0,1 mol.L-1 ?
Masse de 1 L de solution : 1,22 kg = 1220 g ; masse d'acide pur : 1220*0,98 =1195,6 g ; concentration c0 = 1195,6 / 46,03 =25,975 ~26,0 mol/L.
Facteur de dilution f = c0 / c =25,975/0,1 = 259,7 ~260. Volume à prélever : 1000 / 260 ~3,85 mL.
Décrire le protocole ainsi que les consignes de sécurité à mettre en oeuvre pour préparer la solution.
Port de blouse, gants et lunette de protection.
Prélever 3,9 mL de solution mère à l'aide d'une pipette graduée ou d'une burette graduée ; verser dans une fiole jaugée de 1 L contenant inittialement 1/3  d'eau distillée.
Compléter jusqu'au trait de jauge avec de l'eau distillée. Boucher et agiter pour rendre homogène.
La solution ainsi préparée a-t-elle une concentration de 0,1 mol.L-1 précisément ?
Non, il n'est pas facile de prélever avec précision 3,85 mL de solution mère.
Comment vérifier (éventuellement) la valeur exacte de cette concentration ?
Effectuer un titrage avec une solution de soude étalonnée.








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