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Le sulfate de cuivre a des propriétés fongicides connues depuis fort longtemps. Il intervient par exemple dans la "bouillie bordelaise", préparation destinée à protéger les vignes du mildiou (maladie de la vigne provoquée par un champignon). Mais le cuivre est aussi un oligoélément, indispensable au métabolisme. Des études ont montré que du sulfate de cuivre mélangé en très faible quantité aux aliments (quelques dizaines de mg/kg) favorise la croissance des porcs et des poulets de chair. Au cours d'une séance de travaux pratiques, on souhaite déterminer la concentration en ions cuivre (II) Cu2+(aq) d'une solution aqueuse de sulfate de cuivre notée S dans la suite du texte. Les ions Cu2+ (aq) colorent les solutions aqueuses en bleu. A propos des dosages :
Principe du titrage : On fait réagir les ions cuivre (II) de la solution à titrer avec des ions iodure introduits en très large excès.Il se forme du diiode et des ions complexes diiodocuprate Cu I2-(aq). L'équation de la réaction modélisant cette transformation supposée totale s'écrit : Le diiode formé est titré à l'aide d'une solution de thiosulfate de sodium de concentration bien déterminée. L'équation de la réaction modélisant cette transformation, également supposée totale, s'écrit :
Protocole : Verser 20,0 mL de solution S dans un bécher. Mettre un barreau aimanté (turbulent) puis placer le bécher sur l'agitateur magnétique. Ajouter à la spatule de l'iodure de potassium KI(s) tout en agitant doucement. La solution se teinte en brun et se trouble. Le trouble provient de la formation d'un précipité d'iodure de cuivre CuI(s). Continuer à ajouter lentement l'iodure de potassium jusqu'à disparition totale du précipité. La solution brune est alors limpide et prête à être titrée. On admet que l'ajout d'iodure de potassium se fait sans variation du volume de la solution. Réaliser le titrage de la solution S' obtenue par une solution de thiosulfate de sodium. Lorsque la solution S' devient jaune pâle, ajouter quelques gouttes d'empois d'amidon (ou de thiodène) puis poursuivre le titrage goutte à goutte jusqu'à disparition complète de la coloration bleue.
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corrigé A propos des dosages : "doser une espèce chimique" : déterminer la concentration molaire ou masique de l'espèce chimique. Pour déterminer la concentration en ions cuivre (II) d'une solution aqueuse, on peut réaliser un titrage. L'ion étant coloré on peut aussi utiliser la spectrophotométrie et utiliser une méthode par "étalonnage". Principe du titrage : Le titrage des ions Cu2+(aq) réalisé est un titrage indirect ou en deux étapes : Etape 1 : on fait réagir les ions cuivre (II) de la solution à titrer avec des ions iodure introduits en très large excès. 2Cu2+ (aq) + 6 I- (aq) = I2 (aq)+ 2 Cu I2- (aq) (réaction 1) Etape 2 : le diiode formé est titré à l'aide d'une solution de thiosulfate de sodium de concentration bien déterminée. I2(aq)+ 2 S2O32- (aq) = 2 I - (aq)+ S4O62- (aq) (réaction 2) Les deux transformations doivent être totales : si l'une des réactions aboutit à un équilibre, une partie de l'espèce à doser demeure en solution et il est alors impossible d'en connaître la concentration molaire. La transformation 2, pour servir de support au titrage, doit en plus êtrte rapide. Les deux couples oxydant/réducteur mis en jeu dans la réaction 2 sont : I2(aq) / I - (aq) ; la forme oxydante est I2(aq) et le réducteur est I - (aq) S4O62-
(aq) /S2O32- (aq) ; la forme
oxydante est S4O62- (aq) et le
réducteur est S2O32- (aq).
Pour prélever les 20,0 mL, volume très précis, de solution S on utilise une pipette jaugée. L'espèce chimique présente dans le bécher, responsable de la coloration brune de la solution est le diiode. L'ion Cu2+ (aq) coloré, étant en défaut ( I- en excès) a disparu de la solution. Rôle de l'empois d'amidon (ou du thiodène) : indicateur de fin de réaction ( coloration violette en présence de diiode) Définition du terme "équivalence" utilisé lors d'un titrage : A l'équivalence, les quantités de matière des réactifs mis en présence, sont en proportions stoechiométriques. Avant l'équivalence l'un des réactifs est en excès ; après l'équivalence l'autre réactif est en excès. quantité de diiode initialement présente dans la solution S' :
nT -2xéq = 0 donne nT =2xéq =2n(I2) A l'équivalence du titrage, la quantité n(I2) de diiode initialement présente dans la solution S' est liée à la quantité nT de thiosulfate de potassium versée par la relation n(I2) = nT / 2. Application numérique : nT = CT VE ; n(I2) = ½CT VE = 0,5*1,00 10-2 *12,0 10-3 = 6,00 10-5 mol. Relation entre la quantité de diiode n(I2) calculée à la question précédente et la quantité n0 d'ions Cu2+(aq) présente dans les 20,0 mL de solution S :
Concentration en ions Cu2+(aq)
de la solution S : n0 / 20 10-3 =1,2 10-4
/2 10-2 =6,00 10-3 mol/L.
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