Dosage
des nitrates dans un engrais :
concours
Technicien Aix-Marseille 2014
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Pour préparer une solution de fer (II), on pèse 7,845 g de sel de Mohr
( Fe(NH4)2(SO4)2,6H2O)
que l'on dissout dans une fiole jaugée de 100 mL en ajoutant de l'eau
distillée et de l'acide sulfurique.
Calculer
la concentration en ion fer (II) de cette solution.
M( sel de Mohr) = 55,85 +28+8+2(32+4*16)+6*18=391,85 g/mol ; n( sel de
Mohr) = n(Fe2+) =7,845 / 391,85 =2,002 10-2
mol.
[Fe2+] =c2 =2,002 10-2
/0,100 = 0,200 mol/L.
On pèse 1,25 g d'engrais que l'on dissout dans 100 mL d'eau distillée.
Soit V0
le volume de cette solution. On porte à ébullition en milieu acide, une
masse connue d'engrais en présence d'une quantité connue et en excès
d'ion fer (II). Une partie de ces ions fer (II) sont oxydés tandis que
les ions nitrate sont réduits en monxyde d'azote.
Sachant que
les couples oxydant / réducteur mis en jeu sont Fe3+
aq / Fe2+aq
et NO3- aq
/ NO(g) en
déduire l'équation de la réaction entre les ions nitrate et les ions Fe2+.
Oxydation
de Fe2+aq : 3 Fe2+aq
=3 Fe3+aq + 3e-.
Réduction
de NO3- aq
: NO3- aq
+ 4 H+aq+ 3e- =
NO(g) + 2H2O(l).
Ajouter ces
deux demi-équations, puis simplifier.
4 H+aq
+ NO3-
aq +3Fe2+aq
= NO(g) + 2H2O(l) + 3 Fe2+aq.
(1)
En
déduire la relation entre les quantités de matière d'ion fer (II) et
nitrate.
n(Fe2+)
= 3 n(NO3- ).
Les ions fer (II) en excès sont dosés par une solution de
permanganate de potassium de concentration c3.
Ecrire
les deux demi-équations puis le bilan de ce dosage dit en retour.
Donner la relation entre les quantités de matière d'ion fer (II) en
excès et d'ion permanganate.
5 Fe2+aq
=5 Fe3+aq + 5e-.
MnO4- + 8H+
+5e- =Mn2+ + 4H2O.
MnO4-
+ 8H+ +5 Fe2+aq =Mn2+ + 4H2O
+5 Fe3+aq.
n(Fe2+) excès
= 5n(MnO4-).
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On place dans un erlenmeyer V1 = 10 mL de la
solution d'engrais et V2 = 10 mL de la solution
de sel de Mohr. On ajoute environ 10 mL d'acide sulfurique dilué. On
chauffe et on maintient l'ébullition une dizaine de minutes. On
refroidit, puis on dose l'excès d'ion fer (II) par la solution de
permanganate de potassium de concentration c3 =1
/ 50 mol/L placée dans la burette. Le volume équivalent versé est V3
=9,1 mL.
Exprimer
la concentration en ion nitrate [NO3-] en
fonction de V1, V2,
V3, C2 et C3.
Faire
l'application numérique.
n(MnO4-) =c3
V3
; n(Fe2+)
excès =5c3 V3 =5 / 50 * 9,1 = 0,91 mmol.
n(Fe2+)total =c2V2
=0,200 * 10 = 2,0 mmol.
n(Fe2+)
ayant réagi avec nitrate =n(Fe2+)total
-n(Fe2+)
excès=c2V2
-5c3 V3 =2,0-0,91 = 1,09 mmol.
n(NO3-
) = n(Fe2+) ayant
réagi avec nitrate /3 =(c2V2
-5c3 V3)/3 =1,09 / 3 = 0,363 mmol.
[NO3-
]= n(NO3- ) / V1
=(c2V2
-5c3 V3) / (3 V1)=0,363 / 10
= 0,0363 ~0,036 mol/L.
Calculer
la masse d'azote contenue dans la solution préparée, sous forme de
nitrate. Calculer le pourcentage en élément azote dans cet engrais.
Quantité de matière d'ion nitrate dans 100 mL : [NO3-
]*0,100 = 3,63 10-3 mol.
Masse d'élément azote : 14*3,63 10-3 =0,050867
~0,051 g soit 0,050867 /1,25*100 ~4,1 %.
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