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Partie 2 / Les analyses physico-chimiques Chimie et développement durable Les dosages par titrages EX4 Type d’activité : Exercices EX1 EX2 La méthode des tangentes Etude de la fraicheur d’un lait A l’aide de la méthode des tangentes, déterminer le volume de la solution titrante versée à l’équivalence des dosages, dont on donne les courbes suivantes Le lactose est le sucre fermentable du lait ; lorsqu’on laisse du lait à température ambiante, le lactose se transforme en acide lactique. On mesure le degré de fraicheur d’un lait en dosant l’acide lactique qu’il contient L’acide lactique est un acide de formule C3H6O3 On dose Va = 10,0 mL de lait de concentration Ca en acide lactique par une solution d’hydroxyde de sodium (Na+, HO-) de concentration Cb= 2,0.10-2 mol.L-1 en présence d’un indicateur coloré, la phénolphtaléine. Le changement de couleur de l’indicateur coloré (indiquant le passage à l’équivalence) a lieu pour un volume versé de soude Vb = 9,0 mL 1) Au cours du dosage, il y a une réaction entre les ions HO- de la soude et l’acide lactique C3H6O3 selon la réaction : HO- + C3H6O3 H2O + C3H5O3Etablir la relation existant entre les quantités d’ions HO- et C3H6O3 introduits au moment de l’équivalence ; en déduire la concentration Ca de l’acide lactique dans le lait. 2) IL existe une échelle de référence appelée « échelle Dornic » : 1 degré Dornic (notée °D) correspond à 0,1 g d’acide lactique par litre de lait - un lait frais a un titre inférieur à 18 °D - si ce titre est supérieur à 40° D, le lait caille par simple chauffage 2.1. Calculer la masse d’acide lactique dans 1,0 L de lait ; Macide lactique = 90 g.mol-1 2.2. Déterminer le degré Dornic du lait ; que dire de sa fraicheur ? EX3 Dosage conductimétrique du Destop Une solution de Destop notée (S) utilisée pour déboucher les canalisations est de la soude (solution d’hydroxyde de sodium) à la concentration C On désire déterminer le pourcentage en masse d’hydroxyde de sodium dans le Destop ; pour ce faire il faut déterminer la concentration en hydroxyde de sodium dans le Destop en effectuant un dosage conductimétrique en ayant préalablement dilué la solution commerciale. Associer, (en repassant en couleur les différentes lignes), chaque espèce à sa variation. - 1) On verse 2,0 mL de (S) de concentration C dans une fiole jaugée de 1,0 L que l’on complète avec de l’eau distillée ; la solution diluée de concentration Cb est notée (Sb) - Calculer le facteur de dilution 2) On prélève Vb = 100 mL de la solution diluée d’hydroxyde de sodium (Sb) que l'on dose avec de l'acide chlorhydrique (Sa) de concentration Ca= 1,0.10-1 mol.L-1. On détermine la conductivité de la solution contenue dans le bécher après chaque ajout de la solution (Sa) et on obtient les points expérimentaux ci-dessous 3.2. Etablir la relation existant entre les quantités de H3O+ et OH- introduits au moment de l’équivalence ; en déduire la concentration Cb du Destop dilué 4) 4.1. Déterminer la concentration C du Destop en hydroxyde de sodium 4.2. Déterminer la concentration massique Cm du Destop en hydroxyde de sodium M(NaOH)=40 g.mol-1 5) 5.1. Calculer la masse de 1,0 L de solution de Destop sachant que sa masse volumique est de 1,2 g.mL-1 5.2. Déterminer le pourcentage en masse de . - Déterminer graphiquement le volume d’acide Va(eq) versé à l’équivalence 3) Au cours du dosage, il y a une réaction entre les ions H3O+ de l’acide chlorhydrique et les ions HO- du Destop selon la réaction : H3O+ + HO- 2 H2O 3.1. Le graphe suivant donne les variations des quantités de H3O+, Cl-, Na+ et OH- au cours du dosage. soude dans le Destop EX4 EX5 Degré alcoolique du cidre Dosage du dioxyde de soufre Pour vérifier le degré alcoolique porté par une bouteille de cidre, on dose l’éthanol (alcool de formule C2H6O) qu'il contient. Les activités humaines ont augmentés de manière considérable les concentrations en dioxyde de soufre SO2 dans l’atmosphère. Cette espèce s’oxyde en acide sulfurique, responsable des pluies acides. Des réglementations sur la pollution de l’air existent : chaque m3 d’air rejeté par les installations industrielles ne doit pas contenir plus de 350 mg de dioxyde de soufre. On souhaite savoir si les effluents gazeux issus d’une cheminée industrielle respectent la règlementation concernant le dioxyde de soufre SO2 . On dose le dioxyde de soufre contenu dans l’effluent gazeux. Pour cela, on fait barboter 1,00 m3 de gaz issu de la cheminée dans 250 mL d’eau distillée pour dissoudre tous les gaz solubles dans l’eau. La solution obtenue, incolore, est transférée dans un erlenmeyer, puis dosée par une solution de permanganate de potassium (K+ ; MnO4-) de concentration C1 = 1,00.10-4 mol.L-1. On utilise une solution oxydante de dichromate de potassium (2 K+, Cr2O72-) légèrement acidifiée de concentration Co = 5,0.10-1 mol.L-1 On dose Vr = 10,0 mL de cidre de concentration Cr en éthanol. Il faut verser Vo(eq) = 9,6 mL de la solution oxydante de dichromate de potassium afin d’obtenir l’équivalence du dosage. La réaction du dosage est 2 Cr2O72- + 3 C2H6O + 16 H+ 4 Cr3+ + 11 H2O + 3 C2H4O2 1) Le graphe suivant représente les variations des quantités de matière des espèces Cr2O72-, C2H6O, K+ et Cr3+, dans le bécher au cours du temps. - Légender ces courbes et les repasser en couleur. Le volume équivalent est de V1(eq) = 18,6 mL L’équation de la réaction de dosage est 5 SO2(aq) + 2 MnO4-(aq) + 2 H2O(l) 5 SO42-(aq) + 2 Mn2+(aq) + 4 H+(aq) 1) Quelle est la couleur de la solution dans l’erlenmeyer avant l’équivalence ? et après l’équivalence ? 2) Établir la relation entre la quantité d’ions MnO4- ajoutés à l’équivalence et la quantité de dioxyde de soufre SO2 initialement dissoute. 2) Déterminer la relation entre les grandeurs CO, VO(eq), Cr et Vr . - En déduire la concentration molaire Cr de l'éthanol dans le cidre 3) Calculer la masse d'éthanol présente dans 100 mL de cidre. Méthanol = 46 g.mol-1 4) Le degré alcoolique d'un cidre est le volume d'éthanol dans 100 mL de cidre : - un cidre est "doux" lorsque son degré est inférieur à 3 - un cidre est "brut" lorsque son degré est compris entre 3 et 4,5 Quelle doit être l'indication portée sur l'étiquette? Justifier. éthanol = 0,79 g.mL-1 3) En déduire la mase de dioxyde de soufre contenue dans le volume d’effluent dosé. M(SO2) = 64,1 g.mol-1 4) La règlementation est-elle respectée ? EX6 Dosage des ions plomb Un volume de V1 = 250,0 mL d’une eau polluée contenant des ions Pb2+ est dosé par une solution d’EDTA (solution de sel disodique de l’acide éthylène diamine tétraacétique) notée (2 Na+, H2Y2-), à la concentration C2 = 2,0.10-2 mol.L-1 L’équation de réaction de dosage s’écrit : Pb2+ + H2Y2- PbY2- + 2 H+ Pour visualiser la fin du dosage, on utilise un indicateur coloré ; le volume versé de la solution d’EDTA à l’équivalence est V2(eq) = 12,7 mL. 1) Etablir la relation permettant de calculer C1, la concentration molaire en ions plomb dans l’eau polluée à partir de C2, V1 et V2(eq). - Calculer C2, la concentration molaire en nitrate d’argent dans la solution titrante ; M(AgNO3) = 169,9 g.mol-1 1.2. Montrer que la concentration molaire des ions argent [Ag+], dans la solution titrante est égale à C2. 2) On réalise ensuite le dosage par conductimètrie d’un volume V1 = 10,0 mL de solution S1 par une solution S2 de nitrate d’argent (Ag+, NO3-) de concentration C2 = 1,00.10-1 mol.l-1. L’évolution de la conductivité au cours du dosage en fonction du volume de la solution de nitrate d’argent versé est représentée cidessous. 2) 2.1. Calculer la concentration massique en ions plomb. M(Pb2+) = 207,2 g.mol-1 2.2. La valeur limite étant fixée à 10 g.L-1, cette eau est-elle potable ? L’équation de la réaction de dosage est EX7 Dosage des ions chlorure dans une eau de marais L’artémia est un petit crustacé qui ne se développe que dans les milieux marins dont la concentration massique moyenne en ions chlorure est supérieure à 30 g/L Dans ces conditions son développement n’est pas compromis car les prédateurs aquatiques ne supportent pas ces conditions salines aussi élevées On a prélevé un échantillon d’eau dans un marais salant prévu pour implanter un élevage d’artémias. Cette eau contient exclusivement des ions sodium et chlorure, dont on se propose de déterminer la concentration. On dilue 10 fois l’eau prélevée pour obtenir la solution S1 de concentration C1. Ag+(aq) + Cl- (aq) AgCl (s) 2.1. Déterminer graphiquement d’équivalence du dosage 1.1. La solution titrante a été préparée par pesée d’une masse de 8,5 g de nitrate d’argent AgNO3 dans une fiole jaugée de 500,0 mL, complétée avec de l’eau distillée jusqu’au trait de jauge. point 2.2. Justifier l’allure de la conductivité avant et après l’équivalence Conductivité molaires ioniques (Cl-) = 7,63.10-3 SI ; (NO3-) = 7,63.10-3 SI 3) Déterminer la concentration molaire C1 des ions chlorure dans la solution S1 4) En déduire la concentration molaire C des ions chlorure dans l’eau du marais 5) Cette eau est-elle favorable au développement des artémias 1) le M(Cl-) = 35,5 g.mol-1