Demande chimique en oxygène :
concours technicien laboratoire 2010.
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Demande
chimique en oxygène.
On se propose d'étudier la pollution d'un échantillon d'eau de mer.
Les matières organiques consomment, en se dégradant, le dioxygène
dissous dans l'eau. Elles peuveent donc être à l'origine, si
elles sont trop abondantes, d'une consommation excessive de'oxygène et
provoquer l'asphixie des organismes aquatiques. La demande chimique en
oxygène ( DCO) est un indicateur de degré de pollution.
Par définition la demande chimique en oxygène ( DCO) est la
concentration massique, exprimée en mg/L, en dioxygène, équivalente à
la quantité de dichromate de potassium consommée par les matières
oxydables de la solution. On classe la qualité d'une eau suivant les
critères quantitatifs suivants :
DCO
< 200 mg/L
eau
d'excellente qualité
200
< DCO < 250 mg/L
eau
potable
250
< DCO < 400 mg/L
eau
industrielle
400
< DCO < 800 mg/L
eau
médiocre
La
méthode utilisée pour déterminer la DCO d'un échantillon est basée sur
l'oxydation de l'espèce organique par un excès d'ion dichromate.
L'oxydation est réalisée à ébullition, en présence de sulfate d'argent
( jouant le rôle de catalyseur d'oxydation ) et de sulfate de mercure
(II) ( complexant les ions chlorure et empéchant les ions chlorure
d'interférer dans le dosage ).
L'excès de dichromate est déterminer à l'aide d'une solution aqueuse S'
d'ion fer (II) en présence de quelques gouttes de solution aqueuse de
ferroïne ferreuse de formule [Fe(o-phen)3]2+.
On ajoute un volume V1 de la solution aqueuse acidifiée S1
de dichromate de potassium à un prélèvement de volume E de la
solution à doser. La solution S1 a la concentration C1
= 4,15 10-3 mol/L. Lorsque la réaction d'oxydation est
terminée, on dose l'excès de réactif par la solution aqueuse S2
de sel de Mohr FeSO4, (NH4)2SO4,
6 H2O de concentration C2 = 1,25 10-2
mol/L.
Tout ce protocole esr réalisé à l'aide d'une verrerie de micro-chimie
afin d'utiliser la plus faible quantité possible de réactifs. Solution
de dichromate de potassium.
Donner la
nature du risque encouru lors de la manipulation d'une solution de
dichromate de potassium.
Nocif par contact avec la peau. Toxique en cas d´ingestion. Très
toxique par inhalation.
Los da sa manipulation, port de gants, blouse et travail sous hotte.
Il peut être remplacer par le permanganate de potassium.
Solution de fer
(II).
La solution de fer (II) est obtenue par dissolution de sel de Mohr.
Le sulfate de fer (II) FeSO4 est un solide moins onéreux
mais moins fréquemment utilisé quel le sel de Mohr. Donner
la raison de ce choix.
Oxydation des ions fer (II) en ion fer (III) en présence de l'oxygène
dissous. La solution de fer (II) FeSO4 est moins stable que
celle de sel de Mohr.
L'utilisation de chlorure de fer (II) est à éviter au cours de ce
dosage. Proposer
une explication.
Les ions chlorure peuvent être oxydés par l'ion dichromate, cette
seconde réaction fausserait le titrage.
L'échantillon
d'eau est oxydé par un excès connu de dichromate de potassium. Dans un
réacteur adéquat on introduit :
- E = 2,0 mL d'eau à analyser ;
- V1 = 2,0 mL de solution aqueuse de dichromate de potassium
;
- 3 mL d'une solution d'acide sulfurique concentré contenant en outre
du sulfate de mercure (II) et du sulfate d'argent ;
- quelques grains de pierre ponce.
On porte à reflux pendant une heure. Montage
utilisé.
Représenter le schéma annoté du montage permettant cette oxydation..
A : réfrigérant à eau ;B : ballon ; C : milieu réactionnel ; D
: chauffe ballon ; E : élévateur à croisillons.
Le chauffage à reflux permet d'accérer la réaction en travaillant à
température modérée, tout en évitant les pertes de matière : les
vapeurs se condensent dans le réfrigérant et retombent dans le ballon. Donner le rôle de la
pierre ponce.
La pierre ponce régularise l'ébullition.
La graisse de rodage étant à proscrire, on utilise des manchettes en
téflon pour étanchéifier le montage. Pour quelle raison
cette précaution est-elle préconisée ?
L'ion dichromate est un oxydant très puissant capable d'oxyder les
graisses.
Après refroidissement, le milieu réactionnel est dosé par la solution
aqueuse S2 de sel de Mohr de concentration C2.
Soit V2 = 2,75 mL. Expérimentalement, l'équivalence est
repérée par le virage du vert au rouge ; la couleur verte de la
solution ne s'observe qu'après avoir versé quelques gouttes de solution
titrante.
Réaction de
dosage.
On donne les couples oxydant / réducteur : (Fe3+aq
/Fe2+ aq) ; Cr2O72- aq/Cr3+aq. Ecrire
l'équation de la réaction du dosage. 6 fois{Fe2+aq =Fe3+aq + e-
}oxydation
Cr2O72-aq+ 14H+aq + 6 e-
= 2Cr3+aq + 7H2O réduction
Cr2O72-aq+ 14H+ aq+ 6Fe2+aq
= 6Fe3+aq+ 2Cr3+aq + 7H2O. Pour
quelle raison utilise t-on une solution titrante acidifiée ?
L'ion dichromate est un oxydant puissant en milieu acide. "14H+
aq" est l'un des réactif.
Exprimer n(Cr2O72-), la quantité de
matière de dichromate consommée lors de l'oxydation des substances
réductrices initialement présentes, en fonction de C1, C2,
V1 et V2.
A l'équivalence les quantités de matière d'ion fer(II) et d'ion
dichromate sont en proportions stoechiométriques.
n(Cr2O72-) excès = C2
V2 / 6 ; n(Cr2O72-)
initial = C1 V1 ; n(Cr2O72-) = n(Cr2O72-)
initial -n(Cr2O72-) excès
=C1
V1 -C2 V2 / 6.
Calcul de la DCO. Ecrire la
demi-équation électronique correspondant à la réduction du dioxygène
dissous O2aq en H2O(l).
O2 aq +4e- + 4H+aq = 2H2O(l) En utilisant la
demi-équation électronique correspondant à la réduction de l'ion
dichromate en chrome(III), en déduire une
relation entre les quantités de dioxygène dissous n(O2) et le dichromate
consommé n(Cr2O72-) capables d'oxyder
les substances réductrices présentes dans l'eau étudiée. Cr2O72-aq
+ 14H+aq + 6 e-
= 2Cr3+aq + 7H2O 1,5 O2
aq +6e- + 6H+aq = 3H2O(l). 1,5 n(Cr2O72-) = n(O2). La
demande
chimique en oxygène ( DCO) est la concentration massique, exprimée en
mg/L, en dioxygène, équivalente à la quantité de dichromate de
potassium consommée par les matières oxydables de la solution.
Montrer que: DCO =1500 M(O2)
/ E C1 V1-250M(O2) / E C2 V2. Concentration en dioxygène dissout : n(O2)
/ E.
Titre massique en g/L : n(O2)
/ E M(O2).
Titre massique en mg/L : 1000* n(O2)
/ E M(O2). DCO =1,5[ C1
V1 -C2 V2 / 6]*1000/ E M(O2).
