Dosage conductimétrique des ions chlorures

d'après bac Amérique du Nord 2004

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La méthode utilisée permet de doser les ions chlorure par précipitation avec les ion argent Ag+ suivant :

Ag+ + Cl- = AgCl(s). Le chlorure d'argent formé est un solide blanc.

L'équivalence du dosage sera déterminée de deux manière :
- en utilisant un indicateur coloré

- en mesurant la conductivité lors du dosage.

Dosage colorimétrique :

L'indicateur coloré de fin de réaction est préparé en dissolvant quelques grains de dichlofluorescéine dans un mélange eau-éthanol. La solution obtenue a une couleur jaune. La présence d'ion sodium, d'ion chlorure , d'ion nitrate ne modifie pas la couleur jaune. Par contre en présence d'ion argent la solution de dichlofluorescéine prend une couleur rose-rouge.

  1. On prépare deux tubes à essai, numérotés 1 et 2. Dans chaque tube on mélange 2 mL de solution de chlorure de sodium de concentration 0,1 mol/L et quelques gouttes d'indicateur coloré. Dans le tube n°1 on ajoute 0,5 mL de solution de nitrate d'argent de concentration 0,1 mol/L. Dans le tube n°2 on ajoute 2,2 mL de solution de nitrate d'argent de concentration 0,1 mol/L.
    - Quel est le réactif en excès dans chaque tube ? Justifier.
    - Quel est l'aspect de la coloration du contenu de chaque tube ?
  2. On veut doser un volume v1 d'une solution S1 d'ion chlorure par une solution S2 de nitrate d'argent de concentration c2.
    - Faire un schéma annoté du dispositif de dosage.
    - Définir l'équivalence et expliquer briévement comment la déterminer.
  3. On prélève un échantillon d'eau d'un marais salant. On dilue 10 fois cette eau pour obtenir la solution S1 à doser.
    - On souhaite obtenir 50 mL de solution S1. Quel volume d'eau du marais salant doit-on prélever ?
    - Désigner et nommer la verrerie à utiliser pour effectuer cette dilution.Expliquer le mode opératoire.
  4. On réalise le dosage d'un volume v1 = 10 mL de S1 par une solution S2 de nitrate d'argent de concentration 0,1 mol/L. Le volume versé à l'équivalence est vE= 15,2 mL.
    - Déterminer la concentration des ions chlorure dans S1.
    - En déduire la concentration des ions chlorure dans l'eau du marais.
    - De petits crustacés, l'artémia , ont besoin d'une teneur en ion chlorure supérieure à 30 g/L pour vivre en milieu marin. Cette eau est-elle favorable au développement de l'artémia ( Cl : 35,5 g/mol) ?

Dosage conductimétrique : l'évolution de la conductivité au cours du dosage est donnée ci-dessous :

  1. Déterminer graphiquement le point équivalent E.
  2. Justifier sans calcul l'évolution de la conductivité avant l'équivalence.
  3. Justifier sans calculs l'évolution de la conductivité après l'équivalence

Données : Conductivités molaires ioniques en S·m2·mol-1

lH3O+ =34,98 10-3 ; lHO- =19,92 10-3 ; lNa+ =5,01 10-3 ;lCl- =7,63 10-3 ; lAg+ =6,2 10-3 ;lNO3- =7,14 10-3

corrigé
L'équation chimique de la réaction modélisant la transformation est:

Ag+(aq) + Cl-(aq) = AgCl(s)

Dans chaque tube la qté de matière d'ion chlorure est : 2*0,1 = 0,2 mmol

D'après les coefficients de l'équation, l'équivalence est obtenue pour 0,2 mmol d'ion argent versé.

Qté de matière d'ion argent dans le tube n°1 : 0,5*0,1 = 0,05 mmol

tube n°1 : Cl- en excès, Ag+ tous consommés donc coloration jaune de la solution

Qté de matière d'ion argent dans le tube n°2 : 2,2*0,1 = 0,22 mmol

tube n°2 : Ag+ en excès, coloration rose-rouge de la solution

Avant l'équivalence les ions argent ajoutés constituent le réactif limitant : ils sont consommés au fur et à mesure .

A l'équivalence, les réactifs ont été introduits dans les proportions stœchiométriques, ils ont totalement disparus.

Au delà de l'équivalence, le réactif limitant change : le réactif limitant sont les ions chlorures, les ions Ag+ ajoutés ne réagissent plus pour former AgCl(s).

Les ions Ag+ en excès réagissent avec l'indicateur coloré. La couleur de la solution passe du jaune au rose-rouge.

Solution mère : eau du marais ; solution fille: S1 à doser

facteur de dilution = rapport des concentrations = c0/c1 = 10.

facteur de dilution = volume fiole jaugée / volume pipette

volume à prélever ( volume pipette) = 50 / 10 = 5 mL d'eau du marais salant.

Verrerie à utiliser : pipette jaugée de 5,0 mL, fiole jaugée de 50 mL, becher.

Verser l'eau du marais salant dans un becher. Prélever à la pipette jaugée, V0 = 5 mL d'eau du marais salant. Verser cette prise dans une fiole jaugée de 50 mL. Ajouter un peu d'eau distillée. Agiterpuis ajouter de l'eau distillée jusqu'au trait de jauge. Boucher et agiter à nouveau.

Solution titrante : solution aqueuse de nitrate d'argent de concentration C2 = 0,1 mol/L

Volume versé VE = 15,2 mL

Solution titrée : solution S1, volume V1 = 10,0 mL de concentration en ions chlorure C1 inconnue.

D'après les coefficients del'équation chimique de la réaction support du titrage, on a .

Soit C2.VE = C1.V1 donc C1 = 0,1*15,2 / 10 = 0,152 mol/L

Or en tenant compte de la dilution, l'eau du marais est dix fois plus concentrée, soit C0 sa concentration alors C0 = 1,52 mol/L

concentration massique t0 en ions chlorure de l'eau du marais.

t0 = C0* MCl = 1,52 * 35,5 = 54,0 g./L

L'Artémia peut se développer si t > 30 g.L-1, ce marais permet son développement.

Tracerdeux droites suivant les variations de la conductivité du mélange. L'abscisse de leur intersection indique le volume équivalent.

 

 La conductivité du mélange réactionnel dépend de :

la concentration des ions en solution

la conductivité molaire ionique de chaque ion. 

Avant l'équivalence :

- les ions Ag+ consommés au fur et à mesure de leur ajout ne jouent aucun rôle sur la conductivité du milieu réactionnel.

- Les ions chlorure sont consommés lors de l'ajout de solution titrante. Donc [Cl-(aq)] diminue.

- les ions nitrate ajoutés sont spectateurs, donc [NO3-(aq)] augmente.

- les ions sodium présents initialement sont spectateurs, mais leur concentration [Na+(aq)] est modifiée par dilution ( le volume V du mélange réactionnel augmente) (V=V1+V2)

On a s = lNa+ . [Na+(aq)] + lCl-.[Cl-(aq)] +lNO3-.[NO3-(aq)] 

Du point de vue de la conductimétrie, on peut dire que les ions Cl- consommés sont remplacés par des ions NO3-.

Or lNO3- est inférieure à lCl-. Donc la conductivité s du mélange diminue. 

Après l'équivalence :

- les ions Cl- ont totalement disparus, il ne contribuent plus à la conductivité du mélange.

- les ions Ag+ versés en excès, s'accumulent en solution et contribuent l'augmentation de la conductivité

- les ions nitrate versés sont spectateurs, [NO3-((aq)] augmente.

- les ions sodium sont spectateurs, [Na+(aq)] diminue par dilution de la solution.

On a s = l (Na+) . [Na+(aq)] + l (Ag+).[Ag+(aq)] + l (NO3-).[NO3-(aq)] 

La conductivité augmente. 


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