Titrage des ions nitrate contenus dans un engrais liquide ( bac S Asie 2009)

Principe du titrage. Un excès connu d'ions Fe2+ réagit avec les ions nitrates contenus dans une solution préparée à partir d'un engrais liquide. Les ions Fe2+ qui n'ont pas réagi sont titrés par une solution de dichromate de potassium. Protocole expérimental. On introduit dans un ballon bicol de 500 mL, muni d'un réfrigérant à eau disposé verticalement, 1,00 g d'engrais liquide, 115 mL d'eau distillée, 45,0 mL d'une solution acidifiée de sel de Mohr contenant des ions Fe2+ à la concentration molaire c1 = 0,200 mol/L et 40,0 mL d'acide sulfurique concentré. L'ensemble est porté à l'ébullition pendant 5 min. Après refroidissement, le milieu réactionnel est transvasé en totalité dans un becher de 500 mL. Une solution de dichromate de potassium de concentration molaire c2 = 0,100 mol/L permet d'effectuer le titrage des ions Fe2+ restants. Données : MN = 14,0 g/mol ; MO = 16,0 g/mol ; sel de Mohr M= 392,1 g/mol. Quelle masse m faut-il prélever pour préparer V = 50,0 mL d'une solution de sel de Mohr de concentration molaire c = 0,200 mol/L ? Quantité de matière n = c V = 0,200*50,0 10-3 =1,00 10-2 mol. masse m = n M = 1,00 10-2 * 392,1 =3,92 g. Quelle est la quantité de matière en ions Fe2+, notée n1, présente dans un prélèvement de volume V1 = 45,0 mL d'une solution de sel de Mohr contenant des ions Fe2+ à la concentration c1 = 0,200 mol/L ? n1 = c1 V1 = 0,200*0,045 = 9,00 10-3 mol. Quel est le nom du montage utilisé dans le protocol ? Montage de chauffage à reflux. Sachant que les couples oxydant / réducteur mis en jeu sont Fe3+ aq / Fe2+aq et NO3- aq / NO(g) en déduire que l'équation de la réaction entre les ions nitrate et les ions Fe2+ est : 4 H+aq + NO3- aq +3Fe2+aq = NO(g) + 2H2O(l) + 3 Fe2+aq. (1) Oxydation de Fe2+aq : 3 Fe2+aq = Fe3+aq + 3e-. Réduction de NO3- aq : NO3- aq + 4 H+aq+ 3e- = NO(g) + 2H2O(l) Ajouter ces deux demi-équations, puis simplifier. On donne par la suite l'équation de la réaction entre les ions dichromate et les ions Fe2+. Cr2O72- aq + 14 H+ aq + 6 Fe2+ aq = 2 Cr3+ aq + 7H2O(l) + 6Fe3+ aq. (2) Sachant que le volume équivalent trouvé lors du titrage est Véq = 10,0 mL, en déduire la quantité de matière d'ions dichromate versée à l'équivalence. n (Cr2O72-) = c2 Véq = 0,100*10,0 10-3 = 1,00 10-3 mol. A partir de l'équation (2), déterminer la quantité de matière n3 d'ion Fe2+ dosée par les ions dichromate. avancement (mol) Cr2O72- aq + 6 Fe2+ aq initial 0 c2 Véq n3 intermédiaire x c2 Véq - x n3 -6x final xmax c2 Véq -xmax = 0 n3 -6xmax = 0 xmax = c2 Véq ; n3 =6xmax = 6 c2 Véq = 6,00 10-3 mol. Vérifier que la quantité de matière n4 en ions Fe2+ qui a réagi avec les ions nitrate est n4 = 3,00 10-3 mol. n4 = n1 -n3 = 9,00 10-3 - 6,00 10-3 = 3,00 10-3 mol. A partir de la réaction (1) : 4 H+aq + NO3- aq +3Fe2+aq = NO(g) + 2H2O(l) + 3 Fe2+aq déterminer la quantité de matière d'ions nitrate n5 présente dans 1,00 g d'engrais liquide. avancement (mol) NO3- aq +3Fe2+aq initial 0 n5 3,00 10-3 intermédiaire x n5 - x 3,00 10-3 -3x final xmax n5 -xmax = 0 3,00 10-3 -3xmax = 0 xmax = n5 = 1,00 10-3 mol. En déduire la masse d'ions nitrate mnitrate présente dans 1,00 g d'engrais liquide puis trouver le pourcentage massique en ions nitrate pnitrate dans l'engrais liquide. M(NO3-) = 14,0 + 3*16,0 = 62,0 g/mol mnitrate = n5 M(NO3-) =1,00 10-3 * 62,0 = 6,20 10-2 g. pnitrate = 6,20 10-2 *100 / 1,00 = 6,20 %.

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