Aurélie 28/09/06

physique chimie bac : l'élément iode dans tous ces états, d'après bac Stl 2006

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Données : E°(S4O62- /  S2O32-)=0,08 V ; E°(I2/I-)=0,53 V.

M(Na) = 23,0 ; M(S) = 32,1 ; M(O) = 16,0 ; M(H) = 1,0 ; M(I) = 126,7 g/mol.

 

Dosage de l'iode dans le Lugol ( antiseptique) :

Une solution de Lugol est un antiseptique composé de diiode I2 que l'on dissout dans une solution de'iodure de potassium (K+ + I-). On se propose de téterminer la concentration molaire et le titre massique en diiode dans la solution commerciale étudiée. On effectue un dosage de cette solution par une solution aqueuse de thiosulfate de sodium (2Na+ + S2O32-)

I- Préparation de la solution de thiosulfate de sodium : On désire préparer un volume V= 50,0 mL de la solution aqueuse de thiosulfate de sodium à la concentration C= 0,100 mol/L à partir du thiosulfate de sodium solide pentahydraté de formule Na2 S2O3, 5H2O.

  1. Calculer la masse de solide à peser et préciser le matériel à utiliser choisi dans la liste ci-dessous :
    Pipettes jaugées de 5 mL, 10 mL, 20 mL ; fioles jaugées de 50 mL, 100 mL, 200 mL ; éprouvettes graduées de 25 mL, 50 mL ; erlenmeyers de 50 mL, 100 mL ; bechers de 50 mL, 100 mL ; capsule, entonnoir, spatule, balance ; pissette d'eau distillée. 

II- Dosage :

On place la solution aqueuse de thiosulfate de sodium préparée dans une burette graduée de 25 mL. On introduit dans un bécher un volume V0= 10,0 mL de la solution de Lugol. On ajoute 20 mL d'eau distillée puis quelques gouttes d'empois d'amidon.

  1. Parmi la liste ci-dessus, quelle verrerie doit-on utiliser pour mesurer le volume de la solution de Lugol et les 20 mL d'eau distillée? Justifier.
  2. Lors du dosage quelle espèce est oxydée ? et quelle espèce est réduite ?
  3. Ecrire les demi-équations électroniques correspondant aux deux couples mis en jeu lors du dosage étudié.
  4. En déduire que l'équation du dosage peut s'écrire : I2 + 2S2O32-= 2I- + S4O62- .
  5. L'équivalence est observée pour un volume versé VE= 8,0 mL de la solution de thiosulfate de sodium. Comment se manifeste cette équivalence ?
  6. Expliquer le rôle de l'empois d'amidon.

III- Exploitation :

  1. Ecrire la relation entre la quantité de matière n(I2) de diiode apporté par la prise d'essai et la quantité de matière n(S2O32-) d'ions thiosulfate versés à l'équivalence.
  2. Montrer que la concentration C0 en diiode de la solution commerciale de Lugol peut alors s'écrire : C0 = CVE / (2V0).
  3. Calculer C0 et en déduire la masse de diiode par litre de solution.
 


corrigé

Masse de solide à peser et le matériel à utiliser :

masse molaire Na2 S2O3, 5H2O : M= 2*23+2*32,1+3*16+5*18 =248,2 g/mol

Quantité de matière (mol) = volume (L) * concentration (mol/L) = VC= 0,05*0,1 = 5 10-3 mol

masse (g) = quantité de matière (mol) * masse molaire (g/mol) = 5 10-3 * 248,2 =1,24 g.

capsule, entonnoir, spatule, balance ; pissette d'eau distillée, fiole jaugée de 50 mL.

Verrerie à utiliser pour mesurer le volume de la solution de Lugol et les 20 mL d'eau distillée :

Pour mesurer un volume précis V0= 10,0 mL ( 3 chiffres significatifs) on utilise pipette jaugée de 10,0 mL.

Pour mesurer un volume peu précis, 20 mL d'eau distillée, on utilise une éprouvette graduée de 50 mL.

Demi-équations électroniques correspondant aux deux couples mis en jeu :

Lors du dosage S2O32- est oxydé ; I2 est réduit.

2S2O32- =S4O62- + 2e- (1) oxydation du réducteur le plus fort.

I2 +2e- = 2I- (2) réduction de l'oxydant le plus fort

En ajoutant (1) et (2) on écrit l'équation du dosage : I2 + 2S2O32-= 2I- + S4O62- .

L'équivalence est observée pour un volume versé VE= 8,0 mL de la solution de thiosulfate de sodium.

Avant l'équivalence, dans le becher, le diiode est en excès ; après l'équivalence l'ion thiosulfate est en excès.

rôle de l'empois d'amidon : indicateur de fin de réaction

en présence de diiode , l'empois d'amidon forme un complexe de couleur violet foncé ( couleur de la solution avant l'équivalence) ; après l'équivalence, toutes les espèces sont incolores. Un changement de teinte est observé à l'équivalence.

Exploitation :

Relation entre la quantité de matière n(I2) de diiode apporté par la prise d'essai et la quantité de matière n(S2O32-) d'ions thiosulfate versés à l'équivalence :

I2 + 2S2O32-= 2I- + S4O62-

D'après les coefficients stoechiométriques de l'équation ci-dessus : n(S2O32-) = 2 n(I2)

Or n(S2O32-) = CVE et n(I2) = C0V0 ; CVE = 2 C0V0

La concentration C0 en diiode de la solution commerciale de Lugol peut donc s'écrire : C0 = CVE / (2V0).

Calcul de C0 : 0,1 * 8 / (2*10 ) = 4,00 10-2 mol/L.

Masse de diiode par litre de solution : C0*M(I2 ) = 0,04*2*126,7 = 10,1 g/L.

L'iode en médecine nucléaire :

Extrait de la classification périodique : 51Sb ; 52Te ; 54Xe ; 55Cs.  

La période radioactive de 13153I est de 8 jours.

  1.  Donner la composition du noyau d'iode 13153I.
  2. Il est aussi possible de trouver 123I et 125I. Quel nom donne t-on à ces trois espèces ? Qu'est-ce qui les différencie ?
  3. La désintégration de l'iode 13153I s'accompagne de l'émission d'une particule b-. Quel est l'autre nom de la particule b- ?
    - Ecrire l'équation de désintégration en indiquant les règles appliquées.
  4. Donner la définition de la période radioactive d'un élément.
  5. Au moment de son injection, l'activité d'un produit contenant de l'iode 13153I est égale à A0 = 1,1 106 Bq.
    - Quelle sera son activité au bout de 8 jours ? 24 jours ?
corrigé
Composition du noyau d'iode 13153I :

53 protons et 131-53 = 78 neutrons.

13153I, 123I et 125I sont isotopes : ils ne diffèrent que par leur nombre de neutrons.

La désintégration de l'iode 13153I s'accompagne de l'émission d'une particule b-. La particule b- est un électron 0-1e.
Equation de désintégration :

13153I --> AZX + 0-1e

conservation de la charge : 53 = Z-1 soit Z= 54 ; on identifie alors X à Xe.

Conservation du nombre de nucléons : 131 = A+0 soit A=131.

Période radioactive d'un élément :

Durée au bout de laquelle la moitié des noyaux initiaux se sont désintégrés.

Au moment de son injection, l'activité d'un produit contenant de l'iode 13153I est égale à A0 = 1,1 106 Bq.
Son activité au bout de 8 jours, soit une période, sera divisée par 2 : A8 jours = ½A0 = 5,5 105 Bq.

8 jours plus tard , l'activité aura encore diminuée de moitié : A16 jours = 0,25A0 = 2,75 105 Bq.

8 jours plus tard , l'activité aura encore diminuée de moitié : A24 jours = 0,125A0 = 1,4 105 Bq.

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