1/6

BTS CHIMISTE

Session 2004

EPREUVE FONDAMENTALE DE CHIMIE

- Pratique expérimentale - Durée : 6 heures Coef. : 7

Après avoir lu le texte du sujet, répondre aux questions suivantes (durée maximale 30 min).

La calculatrice est interdite pour cette partie.

FICHE DE CHOIX

LISTE DU MATERIEL ET DES INDICATEURS NECESSAIRES A LA MISE EN ŒUVRE DU DOSAGE DE LA SOLUTION (S) D’ACIDE SULFURIQUE,

DE SULFATE DE SODIUM ET DE SULFATE DE COBALT (II) Le matériel convenable ne sera délivré qu’après remise de cette fiche.

1. Compléter les cases non grisées.

DOSAGE METHODE CHOIX DE L’INDICATEUR

CHOIX DES ELECTRODES ET ROLE DE CHACUNE

Etalonnage de la solution de soude

par l’acide oxalique

Indicateur coloré

Dosage de la

solution (S) par la soude

pH-métrie

Etalonnage de la solution d’EDTA par la solution de

Zn2+

Potentiométrie à courant non nul

2. Potentiométrie. Donner le nom de la grandeur mesurée en potentiométrie à courant non nul. Préciser son unité

3. Dosage complexométrique.

Indiquer la couleur de Avant de verser la solution d’EDTA :

l’indicateur Orangé de xylénol Après l’équivalence :

SUJET N° 2

NOM du candidat : ..................................... Prénom : ..................................................... N° d'inscription : .........................................

2/6

ANALYSE D’UNE SOLUTION (S) D’ACIDE SULFURIQUE, DE SULFATE DE SODIUM ET DE SULFATE DE COBALT (II)

On dispose :

- d'une solution de soude de concentration voisine de 0,13 mol.dm-3 ; - d'une solution étalon d'ions Na+ à 60,0 mg de sodium par dm3 ; - d'une solution de sel disodique de l'acide éthylènediaminetétraacétique (Na2H2Y) ou EDTA ; - d'une solution de sulfate de zinc heptahydraté : ZnSO4, 7 H2O à 10,00 g.dm-3 ; - d’acide oxalique dihydraté solide : H2C2O4, 2 H2O.

Les ions cobalt (II), Co2+, seront dosés par complexométrie, les ions H+ par pH-métrie et les ions Na+ par spectrométrie d'émission de flamme. Il faudra préalablement étalonner la solution de soude et la solution d’EDTA.

1. Etalonnage de la solution de soude par pesée d'acide oxalique dihydraté.

Méthode : visuelle (indicateur coloré).

• Dissoudre une masse m (calculée à la question Q3) d'acide oxalique dihydraté dans de l'eau distillée. Ajouter l’indicateur convenable. Verser la solution de soude jusqu'au virage. On appelle V1 le volume relevé à l'équivalence.

• Faire deux essais concordants. Questions : Q1 - Ecrire l'équation de la réaction de dosage. Q2 - Justifier le choix de l'indicateur. Q3 - Calculer la masse m d'acide oxalique dihydraté à peser pour obtenir une chute de burette voisine de 15 cm3. Q4 - Exprimer C1, concentration de la solution de soude.

Remplir la feuille de résultats.

2. Dosage des ions H+ de la solution (S)

Méthode : pH-métrie.

• A une prise d'essai E2 de 20 cm3 de la solution (S), ajouter de l'eau distillée pour immerger les électrodes.

• Tracer la courbe de dosage ; arrêter dès que le volume versé est suffisant pour déterminer facilement les coordonnées du point équivalent. On appelle V2 le volume relevé à l'équivalence.

Questions : Q5 - Ecrire l'équation de la réaction de dosage. Q6 - Exprimer CH+ et CH2SO4 en fonction de V2 et de C1.

Remplir la feuille de résultats et joindre la courbe.

3/6

Q7 - On donne ci-dessous la courbe complète de ce dosage obtenue par simulation. Préciser à quel phénomène correspond le second saut de pH. Ecrire, dans l'ordre où elles se produisent, les équations des réactions de dosage mises en jeu.

3. Etalonnage de la solution d'EDTA à l’aide de la solution de sulfate de zinc heptahydraté.

Méthode : potentiométrie à courant imposé (i = 1 µA).

• A une prise d’essai E3 de 10 cm3 de la solution de sulfate de zinc (concentration CZn), ajouter 20 cm3 de tampon acétique (pH ≈ 5), une goutte de la solution du complexe HgY2− et de l’eau pour immerger les électrodes.

• Plonger les électrodes et tracer le graphe correspondant au dosage. On appelle V3 le volume relevé à l'équivalence.

Questions : Q8 - Ecrire l'équation de la réaction de dosage. Q9 - Exprimer CEDTA.

Remplir la feuille de résultats et joindre la courbe.

Q10 - Montrer qu'une électrode de mercure plongée dans une solution contenant les ions HgY2− et Y4− prend un potentiel qui dépend de [Y4−].

pH

VNaOH

4/6

4. Dosage complexométrique des ions Co2+

Méthode : visuelle (avec indicateur).

• A une prise d'essai E4 de 20 cm3 de la solution (S), ajouter 25 cm3 de tampon acétique (pH ≈ 5) et environ 100 cm3 d’eau distillée. Tiédir la solution vers 50 °C et ajouter une pointe de spatule de l'indicateur orangé de xylénol.

• Verser la solution d'EDTA jusqu'au virage (on appelle V4 le volume relevé à l'équivalence). • Faire deux essais concordants.

Questions : Q11 - Ecrire les équations successives de ce dosage, en faisant intervenir l’indicateur (noté Ind). Préciser la couleur des espèces colorées. Q12 – Préciser la condition nécessaire concernant les stabilités de [CoY]2- et [CoInd]2+ pour que le dosage soit possible avec cet indicateur. Q13 - Exprimer la concentration C4, concentration des ions Co2+ dans la solution (S).

Remplir la feuille de résultats. Q14 - Proposer une autre méthode (sans utilisation d’EDTA) pour doser des ions Co2+.

5. Dosage des ions sodium

Méthode : spectrométrie d'émission de flamme avec ajouts dosés.

• Préparer 5 fioles jaugées de 250 cm3 selon le tableau ci-dessous ; VNa désigne le volume de solution étalon de Na+ à introduire dans une fiole donnée.

Fiole N° 1 2 3 4 5

VNa / cm3 0 5 10 15 20 Volume V / cm3 de solution (S) 5 5 5 5 5

Eau déminéralisée q.s.p. 250 cm3

• Après avoir réglé le zéro de l'appareil avec de l'eau distillée, mesurer les intensités I1, I2, I3, I4 et I5 correspondant à chaque fiole.

Questions :

Q15 - Calculer (en mg.dm-3) la concentration Ca en sodium ajouté dans chaque fiole.

Q16 - Tracer la courbe I = f (Ca) et déterminer C5 , concentration en ions sodium dans la solution (S),

en mg.dm-3 puis en mol.dm-3. Expliquer la méthode utilisée. Remplir la feuille de résultats et joindre la courbe.

6. Conclusion.

Q17 - Exprimer, en fonction des concentrations calculées, la concentration massique totale en ions

sulfate. Remplir la feuille de résultats.

5/6

DONNEES (à 25 °C)

Constante d'acidité

Acide oxalique, H2C2O4 : pKa1 = 1,3 ; pKa2 = 4,3 Acide éthylènediaminetétraacétique, H4Y : pKa1 = 2,0 pKa2 = 2,7 pKa3 = 6,2 pKa4 = 10,3

Produit de solubilité

Hydroxyde de cobalt (II) : Co(OH)2 : pKS = 15,6

Indicateurs colorés

Phénolphtaléine Bleu de bromothymol Rouge de méthyle Hélianthine zone de virage 8,0 < pH < 10 6,0 < pH < 7,6 4,2 < pH < 6,2 3,1 < pH < 4,4

Orangé de xylénol : - violet en présence d’un cation métallique M2+

- jaune lorsqu’il est libre à pH voisin de 5.

Masse molaires atomiques (g.mol-1)

Na : 23,0 ; S : 32,0 ; O : 16,0

Masses molaires (g.mol-1)

ZnSO4, 7 H2O M = 287,54 H2C2O4, 2 H2O M = 126,08

6/6

FEUILLE DE RESULTATS

1. Etalonnage de la solution de soude par pesée d'acide oxalique dihydraté (précision : 0,8 %).

Essais m / g V1/ cm3 C1 / mol.dm-3 C1 retenue

/ mol.dm-3 1

2

3 (éventuellement)

2. Dosage des ions H+ de la solution (S) (précision : 2 %) Volume de soude à l’équivalence : V2 =

CH2SO4 = ( ± ) mol.dm-3

3. Etalonnage de la solution d'EDTA à l’aide de la solution de sulfate de zinc heptahydraté.

Volume d’EDTA à l’équivalence : V3 =

CEDTA = ( ± ) mol.dm-3 (précision : 1 %)

4. Dosage complexométrique des ions Co2+ (précision : 1,5 %)

Essais Prise d’essai de (S) / cm3

VEDTA / cm3

VEDTA retenu/ cm3

C4 retenue / mol.dm-3

1 20

2 20

3 (éventuellement) 20

5. Dosage des ions sodium (précision : 2 %)

I1 I2 I3 I4 I5 Intensité

(unité arbitraire)

Ca / mg.dm-3 0

C5 = ( ± ) mol.dm-3

6. Conclusion : concentration massique en ions sulfate dans la solution (S). ρsulfate = g.dm-3.