Aurélie 06/10/12
 

 

   Dosage du cuivre dans un nodule polymétallique.

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Des nodules métalliques ont été identifiés au fond des océans. Les bons nodules contiennent en moyenne 1,25 à 1,5 % de nickel, 1 à 1,4 % de cuivre ainsi que 27 à 30 % de manganèse, 0,2 à 0,25 % de cobalt.... Les dépôts de faible profondeur ( <250 m ) sont exploités.
L'acide nitrique concentré attaque le cuivre.
2NO3-aq + 3 Cu(s) + 8 H3O+aq ---> 2 NO(g) + 3Cu2+aq + 12 H2O(l).
On prépare les solutions diluées, notées Sdi, à partir d'une solution mère de sulfate de cuivre (II) de concentration Cm = 0,5 mol/L. On mesure ensuite l'absorbance de ces solutions.
Solution Sm Sd1 Sd2 Sd3 Sd4 Sd5
[Cu2+] mol/L 0,500 0,250 0,200 0,100 0,050 0,010
A xxx 3,0 2,4 1,2 0,60 0,12
Pour déterminer le pourcentage massique en cuivre d'un nodule polymétallique de masse m = 50 g, on verse 50 mL d'acide nitrique concentré sur le nodule finement broyé. Après réaction et filtrage, le filtrat est versé dans une fiole jaugée de 1 L que l'on complète avec de l'eau distillée. On mesure son absorbance à l = 800 nm .  A = 0,50.
Quelle est la couleur de la solution obtenue après action de l'acide nitrique concentré sur le nodule ?
La solution contient, entre autres, l'ion cuivre (II) aqueux de couleur bleue.
Le graphe suivant illustre la loi de Beer-Lambert ; l'absorbance et la concentration [Cu2+] sont proportionnelles.

Proposer un protocole pour préparer 100 mL de la solution Sd1 à partir de la solution mère Sm.
Facteur de dilution F = 0,500 / 0,250 = 2.
Prélever 100 / F = 100 / 2 = 50,0 mL de solution mère à l'aide d'une pipette jaugée.
Placer dans une fiole jaugée de 100 mL et compléter à l'aide d'eau distillée jusqu'au trait de jauge.
Boucher et agiter pour rendre homogène.




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La valeur de l'absorbance de la solution est connue avec une incertitude expérimentale DA = 5 10-3.
Calculer la masse de cuivre contenue dans la solution analysée.
Concentration de la solution en ion cuivre (II) : C = A / 11,5 = 0,50 /11,5 =4,347 10-2 mol/L.
Masse de cuivre dans 1 L ( ou dans 50 g de nodule ) :   C M(Cu) =
4,347 10-2 *63,5 = 2,76 ~2,8 g.
Le nodule polymétallique est-il un bon nodule ?
2,8 g de cuivre dans 50 g de nodule soit 2,8*100/50 = 5,6 %, valeur supérieure à la moyenne " 1 à 1,4 % de cuivre. Il s'agit donc d'un bon nodule.

Cette méthode de détermination de la teneur en cuivre d'u nodule polymétallique de composition inconnue peut parfois surévaluer la teneur en cuivre.
Expliquer pourquoi et proposer une amélioration de la méthode.
Le nodule contient d'autres métaux que le cuivre ; la solution issue de l'attaque par l'acide nitrique contient d'autre ions que Cu2+aq. Ces derniers peuvent apporter leur contribution à l'absorbance de la solution préparée à partir du filtrat. Il faudrait donc soit éliminer les autres ions métalliques de la solution, soit se placer dans le cadre d’une lixiviation ammoniacale conduisant au complexe [Cu(NH3)4]2+ puis mesurer l'absorbance de la solution à une longueur d'onde où  ce complexe présente un maximum d'absorption. Les autres espèces colorées présentes en solution doivent, à cette longueur d'onde, présenter une absorption minimale voir nulle.







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