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TP Chimie -‐ Lefèvre 2014-‐2015 TP SI : POTENTIOMETRIE OU COMMENT UNE MESURE DE POTENTIEL PEUT RENSEIGNER SUR LA COMPOSITION D’UNE SOLUTION ? Objectif : Le but de ce TP est d’appliquer les méthodes potentiométriques pour : -‐ déterminer des constantes thermodynamiques -‐ suivre un titrage PARTIE 1 : DETERMINATION DU PRODUIT DE SOLUBILTE DU CHLORURE D’ARGENT On se propose ici de déterminer le produit de solubilité de du chlorure d'argent à l'aide de la pile suivante : Solution B Ag(s) Solution A + une goutte de solution A Ag (s) +
-‐
-‐2 -‐1
Solution A : 30 mL de solution aqueuse de nitrate d’argent (Ag , NO3 ) de concentration cA=1,0.10 mol.L . +
-‐
-‐2 -‐1
Solution B : 30 mL de solution aqueuse de chlorure de potassium (K , Cl ) de concentration cB=1,0.10 mol.L . On utilisera, pour réaliser la jonction électrolytique, un pont salin au nitrate de potassium. Manipulation : Mesurer la force électromotrice de cette pile. On trouve e = Exploitation : Question 1 : Pouvait-‐on prévoir, sans calcul, la polarité de cette pile ? Justifier. Question 2 : Déterminer la valeur du produit de solubilité du chlorure d’argent. Comparer cette valeur à celle de la littérature (pKs=9,7). 1 TP Chimie -‐ Lefèvre 2014-‐2015 PARTIE 2 : DETERMINATION DE LA TENEUR EN FER D’UN ALLIAGE FER-‐MANGANESE -‐1
Données : Masse molaire du fer : M(Fe)=56 g.mol Introduction : Environ 75 % du manganèse industriel est utilisé sous forme d'alliages. Le ferro-‐manganèse carburé, alliage de manganèse, de fer et de carbone, est particulièrement utilisé car il possède une résistance mécanique élevée. Actuellement, on commercialise des ferromanganèses carburés dont la composition est Mn 76-‐80 %, Fe 12-‐15 %, C < 7,5 %, Si < 1,2 %. On se propose ici de déterminer le pourcentage massique en fer et en manganèse d'un alliage. Une masse d'alliage malliage = 11,6 g est dissoute dans de l'acide nitrique (HNO3). La solution obtenue est transvasée de façon quantitative dans une fiole jaugée de 500 mL puis complétée par de l'eau distillée jusqu'au trait de jauge. La solution obtenue est appelée solution (S). Les alliages de type ferro-‐manganèse contiennent du fer au degré d'oxydation +III. Une méthode, non décrite ici, 2+
permet de réduire quantitativement le fer au degré d'oxydation +II, sous forme d'ions Fe (aq). 2+
+
On souhaite titrer les ions Fe présents dans la solution (S) par une solution de permanganate de potassium ( K (aq)
, MnO −4(aq) ) de concentration C
MnO−4( aq )
-‐2
-‐1
= 2,0.10 mol.L . Le titrage sera suivi par potentiométrie. Préliminaires Ø Détermination du potentiel de l’électrode (ou demi-‐pile) de référence Lorsqu’un titrage est suivi par potentiométrie, le montage nécessite d’associer une électrode de travail à une demi-‐pile (ou électrode) de référence. On sait que le potentiel de l’ESH a été conventionnellement choisi à 0 V. Mais l’ESH n’est pas une demi-‐pile de référence utilisée dans la pratique, car trop délicate de mise en œuvre. On utilise d’autres demi-‐piles (ou électrodes) de référence. Nous avons donc besoin de connaître le potentiel de la demi-‐pile de référence que nous allons utiliser dans nos expériences. Important : Quand l’électrode de référence n’est pas utilisée pour une expérience, la plonger dans l’eau distillée. Question 1 : Proposer un protocole permettant de déterminer le potentiel de l’électrode de référence fournie. Le mettre en œuvre. Matériel à disposition : -‐1
-‐
Solution de nitrate d’argent AgNO3 à 0,10 mol.L . -‐
Electrode d’argent -‐
Electrode de référence -‐
Potentiomètre Ø Choix de l’électrode indicatrice Question 2 : En vous appuyant sur la fiche « potentiométrie », indiquer quelle électrode indicatrice vous souhaitez utiliser. 2 TP Chimie -‐ Lefèvre 2014-‐2015 Manipulation : +
Procéder au titrage de 20 mL de la solution (S) par la solution de permanganate de potassium ( K (aq)
, MnO −4(aq) ) de concentration C
MnO−4( aq )
-‐2
-‐1
= 2,0.10 mol.L . On ajoutera à la solution (S) 20 mL d’acide sulfurique concentré (pour éviter la précipitation des hydroxydes de manganèse et de fer). Tracer la courbe donnant Esolution en fonction du volume versé. On resserera les points autour de V = 10 mL. Exploitation : Question 3 : Faire un schéma annoté du m ontage réalisé. Question 4 : D onner l'équation-‐bilan de la réaction de titrage. Question 5 : Commenter l’allure de la courbe. 3 TP Chimie -‐ Lefèvre 2014-‐2015 Question 6 : A l'aide de la courbe, déterminer le volume équivalent en précisant la m éthode utilisée. 2+
Déterminer alors la concentration en ion Fe (aq)
pour la solution (S) et en déduire le pourcentage massique en fer de l'alliage analysé. Question 7 : En utilisant la courbe, déterminer, dans les conditions du dosage, le potentiel standard du couple
+
2+
. Justifier votre démarche. Fe3(aq)
/ Fe(aq)
4 TP Chimie -‐ Lefèvre 2014-‐2015 Principe d’un indicateur coloré d’oxydoréduction Un indicateur coloré permettant de repérer le point équivalent d’un dosage rédox est un couple rédox (Indox/Indred) dont la forme oxydée Indox est d’une couleur différente de la forme réduite Indred. Ce couple est aussi caractérisé par son potentiel °
standard E . On note Efront le potentiel redox correspondant à la frontière entre les domaines de prédominances des formes Indox et Indred. Pour E >Efront≈E°ind, la couleur de la forme oxydée prédomine. Pour E < Efront≈E°ind, la couleur de la forme réduite prédomine. Pour que l’équivalence du titrage s’accompagne d’un changement de couleur, il faut que E°ind appartienne au saut de potentiel. Attention à ne pas mettre trop d’indicateur coloré, car l’indicateur réagit avec le titrant au cours du titrage, donc consomme une partie du titrant. Si la quantité d’indicateur n’est pas négligeable, on fausse le dosage. Question 8 : Parmi les indicateurs colorés ci-‐dessous, faire un choix adapté pour le titrage précédent. Indiquer le changement de couleur qui aura lieu à l’équivalence. 25°C Oui A revoir Ai-‐je su extraire les informations utiles des documents ? Ai-‐je su proposer un protocole pour déterminer un potentiel inconnu ? Sais-‐je choisir les électrodes adaptées ? Sais-‐je choisir un indicateur coloré ? Sais-‐je exploiter l’équivalence d’un titrage ? Sais-‐je déterminer un Ks à l’aide d’une mesure de potentiel ? Sais-‐je installer un montage de potentiométrie ? Sais-‐je tracer une courbe de titrage potentiométrique ? Mes calculs sont-‐ils justes ? Ai-‐je commenté mes résultats ? Le compte-‐rendu est-‐il clair ? Mes schémas de montage sont-‐ils clairs et précis ? Com V
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r Analyse
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r Evaluation Réaliser Sais-‐je gérer mon temps ? (être efficace, rapide et autonome) Ma paillasse est-‐elle propre et les déchets bien gérés ? Ai-‐je été sécuritaire (pour les autres et pour moi) ? 5