Transcript BTS CHIMISTE Session 2014 ÉPREUVE FONDAMENTALE DE

BTS CHIMISTE
Session 2014
ÉPREUVE FONDAMENTALE DE CHIMIE
Durée : 6 heures
Coef. : 7
SUJET n°3
- Pratique expérimentale DOSAGE D’UNE SOLUTION CONTENANT DE L’ACIDE CHLORHYDRIQUE ET DU
CHLORURE D’ALUMINIUM
Interrogation préliminaire (à rendre)
Après avoir lu le texte du sujet, répondre aux questions suivantes
(durée maximale 30 min).
La calculatrice est interdite pour cette partie.
Le matériel convenable ne sera délivré qu’après remise de cette feuille de choix
Poste n° :
1. Étalonnage de la solution aqueuse d'hydroxyde de sodium.
Citer deux étalons solides possibles pour
cet étalonnage
•
•
Proposer un indicateur coloré qui
conviendrait pour ce dosage, en indiquant
l’étalon retenu.
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2. Dosage des ions oxonium et des ions aluminium par pH-métrie
Appareil à utiliser
Choix des électrodes. Préciser leur rôle
(mesure ou référence)
3. Dosage des ions aluminium
Indicateur coloré à utiliser
Couleur avant l’équivalence
Couleur après l’équivalence
4. Etalonnage du nitrate d’argent par conductimétrie
Matériel de mesure à utiliser
5. Dosage des ions chlorure par potentiométrie à intensité nulle
Appareil à utiliser
Choix des électrodes. Préciser leur rôle
(mesure ou référence)
Nom, notation et unité de la grandeur mesurée
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DOSAGE D’UNE SOLUTION (S) CONTENANT DE L’ACIDE CHLORHYDRIQUE ET DU
CHLORURE D’ALUMINIUM
La solution (S) est composée de :
- chlorure d’aluminium : CAl ≈ 0,1 mol.L-1
- acide chlorhydrique : CHCl ≈ 0,1 mol.L-1
Pour l’analyse de cette solution, il sera également utilisé :
- Une solution d’hydroxyde de sodium
- Une solution d’EDTA (Y)
- Une solution de sulfate de zinc (Z)
- Une solution de nitrate d’argent étalon (E)
- Une solution de nitrate d’argent (A)
COH ≈
CY =
CZ =
CE =
CA ≈
0,25 mol.L-1
0,060 mol.L-1
0,100 mol.L-1
0,010 mol.L-1
0,02 mol.L-1
Données (à 25 °C) :
•
Zones de virage d’indicateurs colorés acido-basiques
Indicateur
Hélianthine
Teintes
rouge – jaune
Zone de virage (en pH)
3,1 – 4,4
jaune – bleu
6,0 – 7,6
incolore – rose vif
8,0 – 9,9
rouge – jaune
4,2 – 6,2
Bleu de bromothymol
Phénolphtaléine
Rouge de méthyle
•
Produit de solubilité
pKs (Al(OH)3) = 33
•
Indicateur coloré complexométrique
Orangé de xylénol noté Ox, pour un pH compris entre 4 et 5 :
Indicateur libre
jaune
Indicateur complexé
rose-violet
•
Constantes d’acidité de l’EDTA
H4Y / H3Y− :
H2Y2− / HY3− :
pKa = 2,1
pKa = 6,2
H3Y− / H2Y2− :
HY3− / Y4− :
pKa = 2,7
pKa = 10,3
• Constantes de formation de complexes
Complexe
lg (β)
ZnY2−
16,5
AlY−
16,1
ZnOx2+
6,1
On indique que les ions Al3+ ne forment pas d’ions complexes stables avec l’indicateur coloré.
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• Potentiels standard par rapport à l’ESH
Ag+/Ag
Eo / V
0,80
I2(aq) / I−
0,62
• Données relatives à la sécurité :
Solution de nitrate d’argent
Solution de sulfate de zinc
à 0,10 mol.L-1
Solution d’EDTA à 0,060 mol.L-1
Solution d’hydroxyde de sodium
à environ 0,25 mol.L-1
Solution de chlorure d’aluminium
à environ 0,1 mol.L-1
Solution d’acide chlorhydrique
à environ 0,1 mol.L-1
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PLAN DE TRAVAIL
Etalonnage de la solution d'hydroxyde de sodium par pesée d’étalon solide (volumétrie).
Etalonnage du nitrate d’argent (A) par conductimétrie (méthode des ajouts dosés).
Dosage des ions aluminium et oxonium de la solution (S) par la solution d'hydroxyde de
sodium (pH-métrie).
Dosage en retour des ions aluminium, en présence d’un excès d’EDTA (Y) à l’aide d’une
solution de sulfate de zinc (Z) (volumétrie).
Dosage des ions chlorure de (S) par la solution étalonnée de nitrate d’argent (A)
(potentiométrie à intensité nulle).
Dans ce sujet, il a été pris le parti de ne jamais donner les valeurs des volumes à prélever avec
les chiffres significatifs correspondant à la précision souhaitée pour réaliser les dosages dans
des conditions optimales. Il appartient au candidat, après réflexion, d’utiliser la verrerie
adéquate pour tous les prélèvements à effectuer. L’utilisation de toute verrerie à mauvais
escient sera sanctionnée.
MANIPULATIONS
1. ETALONNAGE DE LA SOLUTION D'HYDROXYDE DE SODIUM
L'étalonnage est effectué par pesées de l’étalon fourni, noté KHA (de masse molaire M
indiquée sur l’étiquette du flacon), en présence d'un indicateur coloré. On réalisera deux essais
concordants.
V1 et V’1 sont les volumes relevés à l’équivalence.
Q1- Représenter sur un schéma précis et soigneusement annoté (réactifs, indicateur coloré,
masse à peser, verrerie, volumes équivalents attendus) le dispositif correspondant à cet
étalonnage.
Appel n°1 : appeler l’examinateur pour lui présenter la proposition de protocole expérimental
ou en cas de difficulté
Q2- Écrire l’équation de la réaction de dosage.
Q3- Donner la formule littérale qui permet de calculer la concentration COH de la solution
d'hydroxyde de sodium.
Q4- Justifier le choix de l'indicateur coloré.
Compléter la feuille de résultats.
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2. DOSAGE DES IONS OXONIUM ET ALUMINIUM DE LA SOLUTION (S)
POUR CETTE MANIPULATION, LE CANDIDAT POURRA UTILISER UN TITRATEUR
AUTOMATIQUE
Le dosage est suivi par pH-métrie.
Introduire dans un grand bécher une prise d'essai E2 = 10 mL de la solution (S). Ajouter 100 mL
d’eau distillée.
Doser par la solution d’hydroxyde de sodium précédemment étalonnée.
Tracer la courbe représentant le pH en fonction du volume de soude versé.
V2 et V’2 sont les volumes relevés aux deux équivalences.
Q5- Ecrire les équations des réactions mises en jeu dans ce dosage.
Appel n°2 : appeler l’examinateur pour expliquer l’allure de la courbe
Q6- Exprimer les concentrations CHCl en ions H3O+ et CAl2 en ions Al3+ dans la solution (S).
Compléter la feuille de résultats.
3. DOSAGE DES IONS ALUMINIUM DE LA SOLUTION (S) PAR COMPLEXOMETRIE
Introduire dans un erlenmeyer une prise d’essai E3 = 5 mL de (S).
Ajouter un volume VY = 25 mL de la solution d’EDTA et 20 mL de tampon acétique à pH = 4,8.
Porter à ébullition pendant 5 min.
Ajouter 100 mL d’eau distillée et une pointe de spatule d’indicateur coloré.
Titrer par la solution de sulfate de zinc (Z) de concentration CZ.
Réaliser deux essais concordants : V3 et V’3 sont les volumes relevés à l’équivalence.
Q7- Écrire les équations des réactions se déroulant lors de cette manipulation.
Appel n°3 : appeler l’examinateur pour présenter les équations des réactions, le principe du
dosage en retour, le fonctionnement de l’indicateur coloré et le repérage de l’équivalence.
Q8- Montrer que CAl3 =
CYVY - CZV3
E3
Compléter la feuille de résultats
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4. ETALONNAGE DE LA SOLUTION DE NITRATE D’ARGENT (A)
On dispose d’un conductimètre préalablement étalonné et d’une solution étalon (E) de nitrate
d’argent à la concentration exacte de 1,00 × 10-2 mol.L-1.
Réaliser une série de fioles de 50 mL :
N° de fiole i
Volume de solution (E) / mL
Volume de solution (A) /mL
Eau distillée
1
0
10
2
5
10
3
4
10
15
10
10
compléter à 50 mL
5
20
10
Mesurer la conductivité de l’eau déminéralisée. On note σ0 la valeur mesurée.
Mesurer sous agitation la conductivité σi pour chaque solution (i = 1 à 5).
Q9- Établir la relation permettant de calculer la concentration molaire CEi de la solution (E) dans
chaque fiole (i = 1 à 5).
Q10- Justifier la valeur non nulle de σ0.
Q11- Montrer que σi - σ0 = a. CEi + b, a et b étant des constantes.
Tracer le graphe σi - σ0 = f(CEi).
Q12- Déterminer la concentration molaire CA en expliquant le raisonnement suivi.
Appel n° 4 : appeler l’examinateur pour expliquer le raisonnement suivi.
Compléter la feuille de résultats
5. DOSAGE DES IONS CHLORURE DE LA SOLUTION (S)
Q13- Représenter sur un schéma précis et soigneusement annoté (réactifs, dilution éventuelle,
prise d’essai E4, verrerie, volume à l’équivalence attendu) le dispositif permettant de doser
par potentiométrie à courant nul les ions chlorure de la solution (S).
Soit V4 le volume relevé à l’équivalence et C4 la concentration en ions chlorure de la solution (S).
Appel n°5 : appeler l’examinateur pour lui présenter la proposition de protocole expérimental
ou en cas de difficulté.
Q14- Écrire l’équation de la réaction mise en jeu dans ce dosage.
Q15- Etablir la relation permettant de calculer la concentration C4 en ions chlorure dans la
solution (S).
Q16- Indiquer une autre méthode possible pour doser les ions chlorure de cette solution.
Q17- Conclure sur les résultats obtenus.
Compléter la feuille de résultats.
Fin de l’énoncé
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Poste n° :
FEUILLE DE RESULTATS
1. Etalonnage de la solution d'hydroxyde de sodium (précision 0,5 %).
Masse d’étalon
mesurée
m=
m’ =
m’’ =
Volume à l'équivalence V1 =
V’1 =
V1’’ =
C’OH =
COH’’ =
Concentration calculée
COH =
Concentration retenue :
COH = (
±
)
2. Dosage des ions H3O+ et Al3+ par pH-métrie (précision 1 %)
V2 =
CHCl = (
V’2 =
±
Concentration retenue :
)
±
CAl2 = (
)
3. Dosage des ions aluminium par complexométrie (précision 2 %)
Volume à l'équivalence
V3 =
V’3 =
V3’’ =
Concentration calculée
CAl3 =
C’Al3 =
CAl3’’ =
Concentration retenue :
CAl3 = (
±
)
Ecart relatif entre CAl2 et CAl3 et commentaire :
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Poste n° :
4. Etalonnage de la solution de nitrate d’argent (A) (précision : 3 %)
Solution (i)
1
2
3
4
5
CEi / mmol.L-1
σi / mS.cm-1
σi-σ0 / mS.cm-1
Concentration retenue :
±
CA = (
)
5. Dosage des ions chlorure (précision : 1 %)
V4 =
Concentration retenue :
C4 = (
±
)
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