Aurélie 20/08/07
 

Titrage potentiométrique du fer dans un produit phytosanitaire bac STL biochimie, génie biologique, 2007 France

 

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Le sulfate de fer (Fe2+ + SO42- ) constitue le principe actif de nombreuses solutions destinées à combattre la chlorose ferrique des végétaux. Il est utilisé pour revitaliser les gazons. L'étiquette d'une solution commerciale indique qu'elle contient ,6,0 % en masse d'élément fer soit une concentration molaire égale à 1,09 mol/L.

  1. L'atome de fer :
    - Donner la composition de l'atome de fer symbolisé par 5626Fe.
    - Donner la structure électronique del'atome de fer dans son état fondamental.
    - Quelle est sa position ( période et colonne) dans la classification périodique qui contient 18 colonnes ?
    Réponse :
    26 électrons négatifs et 26 protons positifs ; 56-26 = 30 neutrons.
    structure électronique : 1s2 2s2 2p6 3s2 3p6 3d6 4s2.
    huit électrons externes 3d6 4s2 : 8ème colonne
    la quatrième couche est partiellement occupée : 4 période.
  2. Préparation de la solution à titrer :
    Afin de vérifier l'indication portée par l'étiquette, on procède au titrage de la solution commerciale S. Cette solution étant trop concentrée pour être titrée directement, il est nécessaire de la diluer. Indiquer le matériel nécessaire pour réaliser avec précision un volume de 100,0 mL de solution S' dix fois moins concentrée que la solution commerciale.
    Réponse :
    Le volume de la pipette jaugée est 10 fois plus petit que le volume de la fiole jaugée
    fiole jaugée de 100,0 mL ; pipette jaugée de 10,0 mL ; pipeteur ; pissette d'eau distillée.
Titrage de la solutin S' :
On souhaite déterminer la concentration c1 en ion fer (II) Fe2+ de la solution S' par titrage potentiométrique. Pour cela, on prélève un volume V1 = 10,0 mL de la solution S' dans laquelle on plonge une électrode de mesure et une électrode de référence. La solution titrante utilisée est une solution acidifiée de sulfate de cérium IV (Ce4+ + 2SO42- ) de concentration c2 = 0,100 mol/L. On note V2 le volume de solution titrante versée et E le potentiel de l'électrode de mesure donné par rapport à l'électrode standard à hydrogène.
  1. - Ecrire l'équation de la réaction de titrage.
    - Donner la définition de l'équivalence du titrage.
    - A l'aide de la courbe ci-dessous, déterminer le volume équivalent VE.
    - Calculer la concentration molaire c1 de la solution S'.
    - En déduire la concentration molaire de la solution S. Comparer avec l'indication donnée par l'étiquette à l'aide d'un calcul d'écart relatif.
  

 

Réponse :

couples oxydant / réducteur :

Fe3+ / Fe2+ : Fe2+ = Fe3+ + e- oxydation.

Ce4+ / Ce3+ : Ce4+ + e- = Ce3+ réduction.

Ce4+ +Fe2+ = Fe3+ + Ce3+.

A l'équivalence du titrage les quantités de matière des réactifs mis en présence sont en proportions stoechiomètriques.

n(Fe2+) =n(Ce4+ )

n(Ce4+ ) = c2 VE ; n(Fe2+)= c1 V1 ; c1 V1=c2 VE ; c1 =c2 VE /V1.

c1 = 0,100*11,1/10,0 = 0,111 mol/L ; c = 10 c1 = 1,11 mol/L.

écart relatif : (1,11-1,09 )/ 1,09 = 0,018 ( 1,8 %). En accord avec l'indication de l'étiquette.

 

Détermination expérimentale du potentiel standart du couple Fe3+ / Fe2+ :

- Ecrire la demi-équation électronique relative au couple Fe3+ / Fe2+ puis donner l'expression littérale du potentiel d'électrode du couple Fe3+ / Fe2+.

- Etablir la relation entre les concentrations [Fe2+] et [Fe3+] à la demi équivalence c'est à dire pour V=½VE.

- Donner l'expression littérale du potentiel d'électrode du couple Fe3+ / Fe2+ à la demi équivalence.

- Déterminer graphiquement la valeur du potentiel standard du couple Fe3+ / Fe2+ et comparer avec la valeur théorique ( 0,68 V).

Réponse :

Fe2+ = Fe3+ + e-

E = E°(Fe3+/Fe2+) + RT/F ln ([Fe3+]/[Fe2+])

Quantité de matière initiale d'ion Fe2+ : n(Fe2+)0= c1 V1 ; c1 V1=c2 VE ; n(Fe2+)0=c2 VE

Quantité de matière d'ion Fe2+ restant à la demi équivalence : n(Fe2+)½VE= ½c1 V1 ; n(Fe2+)½VE= ½c2 VE

Quand une mole d'ion fer II disparaît, il se forme une mole d'ion fer III.

Quantité de matière d'ion Fe3+ formé à la demi équivalence : n(Fe3+)½VE= ½c2 VE = n(Fe2+)½VE.

En conséquence ln ([Fe3+]/[Fe2+]) = ln 1 = 0 et le potentiel d'électrode du couple Fe3+ / Fe2+ vaut : E°(Fe3+/Fe2+)

 
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