Epreuve pratique de chimie : concours aide technique de laboratoire 2006.

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Préparation d'une solution  de permanganate de potassium pour doser une solution de fer (II). La préparation d'un volume de solution titrée à partir d'une substance commerciale s'effectue en  quatre phases : - préparation d'une solution trop riche, c'est à dire de concentration molaire légèrement supérieure à la concentration demandée - étalonnage de cette solution trop riche - ajustage de la concentration désirée par dillution - dosage de contrôle. Pour réagir le permanganate a besoin d'être en milieu acide sulfurique. On préparera d'abord un volume V' = 500,0 mL de solution environ 2 mol/L en acide sulfurique. Sur la solution commerciale, on peut lire : H2SO4, M~98,10 g/mol, pureté ou titre massique 96 %, densité d = 1,83. Quelles sont les précautions à prendre lors de l'utilisation de solution d'acide sulfurique concentrée ? Port de blouse, gants et lunettes de sécurité et travail sous hotte aspirante. Calculer la concentration en acide sulfurique de la solution commerciale. Masse de 1 L : 1,83 kg = 1,83 103 g. Dans 1 L, masse d'acide pur : 0,96 * 1,83 103 =1,7568 103 g. Concentration en acide sulfurique : 1,7568 103 / 98,1 = 17,9 ~18 mol/L. Quel est le volume d'acide sulfurique commerciale que l'on doit prélever pour préparer 200 mL ? Facteur de dilution F = concentration commerciale / concentration de la solution fille diluée F = 18/2 = 9. Volume de solution commerciale à prélever = volume de la solution fille diluée / F = 200 / 9 ~22 mL. Quelle est la masse de permanganate de potassium solide que l'on doit peser pour préparer 200 mL d'une solution de concentration molaire exactement 0,050 mol/L ? M(KMnO4) = 39,1 + 54,9 +4*16 =158 g/mol Quantité de matière KMnO4 = volume ( L) fois concentration (mol/L) n = 0,200*0,050 =0,010 mol masse (g) = masse molaire ( g/mol) * quantité de matière (mol) n = 158 *0,010 = 1,58 ~1,6 g.   On dose la solution de permanganate de potassium par pesée d'oxalate de sodium Na2C2O4 en milieu acide sulfurique. Ecrire la demi équation correspondant au couple MnO4-aq / Mn2+aq. 2 fois { MnO4-aq + 8H+aq + 5e- = Mn2+aq +4H2O }. Ecrire la demi équation correspondant au couple CO2 aq / C2O4-aq. 5 fois {C2O42-aq =2 CO2 aq + 2e-}. Ecrire l'équation de la réaction du permanganate sur l'oxalate. 2MnO4-aq + 16H+aq +5C2O42-aq = 10 CO2 aq + 2Mn2+aq +8H2O. Ecrire la relation du dosage à l'équivalence. En déduire la masse d'oxalate de sodium ( M= 134,0 g/mol) pour avoir une chute de burette de 10 mL à 20 mL. A l'équivalence, les quantités de matière des réactifs sont en proportions stoechiométriques : n(C2O42-) =2,5 n(MnO4-). Volume de solution titrante 15 mL ( compris entre 10 et 20 mL) (MnO4-) = 0,015*0,050 =7,5 10-4 mol ; n(C2O42-) =2,5*7,5 10-4 =1,875 10-3 mol. m = n(C2O42-) M = 1,875 10-3*134 =0,2513 ~0,25 g. On procède enfin au dosage de la solution S de fer (II) par la solution de permanganate. Ecrire l'équation de ce dosage. MnO4-aq + 8H+aq + 5e- = Mn2+aq +4H2O 5 Fe2+aq = 5 Fe3+aq + 5e-. MnO4-aq + 8H+aq +5 Fe2+aq = 5 Fe3+aq +Mn2+aq +4H2O. Donner la relation à l'équivalence et en déduire l'expression littérale de CFe en fonction de CMnO4- de la chute de la burette ve et de la prise d'essai E de la solution S. A l'équivalence, les quantités de matière des réactifs sont en proportions stoechiométriques : n(Fe2+) =5 n(MnO4-). CFe E =5 CMnO4- ve ; CFe =5 CMnO4- ve / E. Préparations de solutions tampon. Vous avez à votre disposition les solutions suivantes : - acide acétique à environ 0,2 mol/L ; CH3COONa en solution à 0,2 mol/L KH2PO4 solide ( M = 136 g/mol) ; Na2HPO4 en solution à 0,2 mol/L ; solution de NH4Cl à environ 0,2 mol/L. Solution d'acide chlorhydrique à 0,1 mol/L et à 0,2 mol/L. Solution de soude à 0,1 mol/L et à 0,2 mol/L. Solution d'ammoniac à 1 mol/L. Les caractéristiques des couples acido-basiques sont données : H3PO4  / H2PO4-  : pKa1 = 2,1 ; H2PO4- / HPO42- : pKa2 = 7,2 ; HPO42- / PO43- : pKa3 = 12,4 ;  NH4+ / NH3 : pKa = 9,25 ; CH3COOH / CH3COO- : pKa = 4,75. Comment préparer rapidement et simplement une solution tampon de pH voisin de 9 ? La solution préparée ne sera pas trop diluée et son volume sera compris entre 50 et 100 mL environ.  NH4+ / NH3 : pKa = 9,25 ; les quantités de matière d'ion ammonium et d'ammoniac doivent être à peu près identiques. 50 mL de solution de NH4Cl à environ 0,2 mol/L : n(NH4+) =50*0,2 =10 mmol. 10 mL de solution d'ammoniac à 1 mol/L : n(NH3) = 10 * 1 =10 mmol. Comment pourrait-on opérer pour ajuster la valeur de ce tampon à 10 ? pH = 9,25 + log ( [NH3] / [NH4+] ). En ajoutant  de la solution d'ammoniac à 1 mol/L, le pH va croître lentement.

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