Spécialité C1 Correction On dose le diiode contenu dans une

Spécialité C1
Correction
On dose le diiode contenu dans une solution de Lugol (solution d’antiseptique vendue
en pharmacie) à l’aide d’une solution de thiosulfate de sodium (2 Na + + S2O32-). Pour cela,
on prélève 10 mL de solution de Lugol et on le verse dans un bécher. On remplit la burette
graduée d’une solution de thiosulfate de sodium de concentration c red=0,10 mol.L-1. Pour
repérer facilement l’équivalence, on ajoute quelques gouttes d’empois d’amidon quand la
solution s’éclaircit. Le volume de solution de thiosulfate de sodium versé lors de la
décoloration complète vaut alors V=8,0 mL.
1. Ecrire l’équation de la réaction de titrage en utilisant les couples redox :
I2(aq)/I-(aq) et S4O62-(aq)/S2O32-(aq).
2. Définir l’équivalence du dosage.
3. Déterminer la concentration en diiode dans la solution de Lugol ?
4. Une autre méthode expérimentale permettant de déterminer la concentration en diiode
de la solution de Lugol est l’utilisation d’un spectrophotomètre. Quel est le principe de
fonctionnement de cet appareil ? Quel serait le protocole à suivre pour mener à bien un
tel titrage ?
Spécialité C2
Correction
On réalise le dosage d’une eau de Javel, désinfectant constitué, entre autres, d’un
mélange équimolaire d’ions chlorure Cl- et d’ions hypochlorite ClO-.
Pour cela, on fait réagir un excès d’iodure de potassium (K+ + I-), sur une prise d’essai d’eau
de Javel ; le diiode ainsi libérée est ensuite dosé par une solution de thiosulfate de potassium
de concentration connue.
1. L’eau de Javel étant concentrée, on la dilue 10 fois. Décrire la préparation de 100 mL
de solution diluée d’eau de Javel.
2. On introduit successivement dans un erlenmeyer V1=10 mL de solution d’eau de Javel
diluée de concentration C1, V=20 mL de solution d’iodure de potassium à C=1 mol.L-1
et quelques gouttes d’acide acétique pur.
a. Ecrire l’équation entre les ions hypochlorite et les ions iodures sachant que les
ions hypochlorite sont réduits en ions chlorure.
b. Pourquoi a-t-on ajouté de l’acide acétique ?
c. Quelle verrerie utilise-t-on pour mesurer le volume V0 et le volume V ?
3. On dose le diiode formé par une solution de thiosulfate de sodium (2 Na+ + S2O32-) à la
concentration C’=0,10 mol.L-1. Le volume versé à l’équivalence est V’E.
a. Ecrire l’équation de la réaction entre le diiode et les ions thiosulfate sachant qu’il
se forme des ions iodure et des ions tétrathionate S4O62-.
b. Comment repère-t-on l’équivalence ?
c. A-t-on réalisé un dosage direct ou indirect ?
d. Proposer une expression pour le calcul de la concentration C1 de l’eau de Javel
diluée puis pour le calcul de la concentration C0 de la solution commerciale.
Spécialité C3
Correction
On considère l’électrozingage industriel de seaux en acier de surface S=4000 cm² : on
souhaite réaliser un dépôt de zinc d’épaisseur e=5 m. Le courant d’électrolyse est I=25 A et
la tension aux bornes des électrodes est U=1,2 V ; l’électrolyte utilisé a été obtenu en
dissolvant, par litre de solution, m1=250 g de chlorure d’ammonium et de zinc Zn(NH4)Cl3
(masse molaire M1) et m2=50 g de chlorure d’ammonium NH4Cl (masse molaire M2).
La cathode est constituée d’un seau et l’anode est de zinc pur ; la masse volumique du
zinc est =7,1 g.cm-3. Les ions ammonium sont ici des ions spectateurs. On admettra que seul
l’élément zinc participe aux réactions se déroulant aux électrodes.
1. Exprimer de façon littérale, en fonction des données, les concentrations des espèces
présentes dans la solution avant électrolyse.
2. Ecrire les équations qui se produisent aux électrodes. Préciser le nom des électrodes.
3. Exprimer de façon littérale, en fonction des données, la durée minimale de cette
électrolyse pour obtenir le dépôt souhaité et l’énergie électrique consommée pour cela.
Spécialité C4
Correction
Le minerai de zinc (blende : ZnS) après grillage (transformation en oxyde de zinc ZnO
selon 2 ZnS(s) + 3 O2(g) = 2 ZnO(s) + 2 SO2(g)) est attaqué par une solution d’acide sulfurique
(2 H+ + SO42-). Au cours de cette lixiviation, l’élément zinc présent dans l’oxyde de zinc
passe à l’état d’ion Zn2+ suivant ZnO(s) + 2 H+ = Zn2+(aq) + H2O. D’autres oxydes
métalliques présents dans le minerai passent également en solution sous forme d’ions
métalliques. C’est le cas notamment des éléments fer, cuivre, cadmium, nickel, cobalt…
L’étape suivante consiste à purifier la solution, et dans un premier temps, à supprimer les
ions fer III. La constante d’équilibre associée à la précipitation de l’hydroxyde de fer III est
K1=1037 et celle correspondant à la précipitation de l’hydroxyde de zinc vaut K2=1017.
La cémentation est une opération de purification qui vise ensuite à débarrasser la solution
contenant les ions Zn2+, destinée à l’électrolyse, de cations métalliques gênants tels que
Cu2+. Ces derniers sont réduits à l’aide d’une poudre de zinc métallique. Le métal cuivre
ainsi obtenu se dépose sur le zinc.
1. Ecrire les équations relatives à la précipitation des ions Zn 2+ et Fe3+ sous forme
d’hydroxyde.
2. Montrer que pour des solutions contenant des ions métalliques à 1 mol.L -1, le début de
précipitation de l’hydroxyde de fer III est de 1,7 et de 5,5 pour l’hydroxyde de zinc.
3. En déduire un protocole qui permet de séparer l’élément fer de l’élément zinc.
4. Ecrire l’équation de la réaction associée à la cémentation.
Spécialité C5
Correction
La synthèse du paracétamol est effectuée à partir d’anhydride acétique et de paraaminophénol H2N-C6H4-OH en solution dans l’acide éthanoïque pur.
Dans un erlenmeyer, on introduit successivement 4,2 g de para-aminophénol, 40 mL d’eau
et 3 mL d’acide acétique pur. L’erlenmeyer est placé dans un bain-marie à 80°C et le
mélange réactionnel est agité jusqu’à dissolution complète.
Après avoir refroidi le mélange, on introduit lentement un volume V=5,5 mL d’anhydride
acétique mesuré à l’éprouvette, tout en agitant.
On place l’erlenmeyer dans un bain d’eau glacée : le paracétamol formé précipite sous
forme de cristaux.
Les cristaux de paracétamol brut sont ensuite dissous dans un minimum d’eau bouillante.
La solution est alors refroidie dans de la glace jusqu’à recristallisation, aussi complète que
possible.
Après filtration, séchage à l’étuve, on réalise une chromatographie sur couche mince pour
apprécier la qualité du produit. On place sur la ligne de dépôt, de gauche à droite, une
goutte de paracétamol brut, une goutte de paracétamol pur et une goutte de paracétamol
recristallisé.
Ecrire l’équation de la réaction.
Faire un schéma du montage de filtration sous vide.
Quel est le principe de la recristallisation ?
Reproduire le chromatogramme obtenu. On prendra dans les conditions de l’expérience
le rapport frontal suivant : Rf(paracétamol)=0,75.
5. Quelle autre méthode peut-on utiliser pour apprécier la pureté du produit obtenu ?
1.
2.
3.
4.
Correction Spécialité C1
Enoncé
1. I2/I- : I2 + 2 e- = 2 I- ; S4O62-/S2O32- : 2 S2O32- = S4O62- + 2eI2 + 2 S2O32- = S4O62- + 2 I2. L’équivalence du titrage correspond au moment où les réactifs sont introduits dans les
conditions stœchiométriques.
3. A l’équivalence :
D’où :
On en déduit :
A.N :
4. Il s’agit de déterminer dans un premier temps la longueur d’onde pour laquelle
l’absorbance d’une solution de diiode est maximale. On réalise ensuite une gamme de
solutions étalons dont on mesure l’absorbance pour la longueur d’onde préalablement
déterminée. On construit ainsi la courbe d’étalonnage (la modélisation par une fonction
linéaire est en accord avec la loi de Beer-Lambert selon laquelle l’absorbance d’une
solution est proportionnelle à la concentration en substance absorbante). La mesure de
l’absorbance de la solution de diiode pour la longueur d’onde choisie permet de déduire
la concentration inconnue en diiode dans la solution de Lugol.
Correction Spécialité C2
1. Diluer 10 fois une eau de Javel consiste à diviser par 10 sa concentration soit
Enoncé
.
Or la conservation de la quantité de matière de soluté impose
d’où
. Pour préparer Vf=100 mL de solution fille, il faut donc prélever
VM=10 mL de solution commerciale à l’aide d’une pipette jaugée de 10 mL, placer le
prélèvement dans une fiole jaugée de 100 mL, ajouter de l’eau distillée jusqu’au 2/3,
agiter, compléter jusqu’au trait de jauge, agiter une dernière fois.
2.
a. Les couples redox mis en jeu sont ClO-/Cl- et I2/I-.
ClO- + 2 H+ + 2 e- = Cl- + H2O et 2 I- = I2 + 2 eClO- + 2 H+ + 2 I- = Cl- + H2O+ I2
b. L’addition d’acide acétique permet de se placer en milieu acide pour apporter les ions
H+ nécessaires à la réaction d’oxydation précédente.
c. Le volume V0 doit être mesuré avec précision à l’aide d’une pipette jaugée alors que
l’excès d’ion iodure apporté par le volume V ne requiert pas l’utilisation d’une
verrerie de précision, une éprouvette graduée suffit.
3.
a. I2/I- : I2 + 2 e- = 2 I- ; S4O62-/S2O32- : 2 S2O32- = S4O62- + 2eI2 + 2 S2O32- = S4O62- + 2 Ib. L’équivalence est observée par la décoloration de la solution ; l’ajout d’empois
d’amidon lorsque la solution devient jaunâtre permet de repérer plus facilement la
décoloration et ainsi l’équivalence. En effet l’empois d’amidon prend une teinte
bleue foncée en présence de diiode.
c. Il s’agit ici d’un titrage indirect ; le titrage fait appel à deux réactions, dans un
premier temps, en présence d’un excès d’ions iodure, on forme autant de diiode qu’il
y avait initialement d’ions hypochlorite. Dans un deuxième temps, le diiode formé est
titré par une solution réductrice de thiosulfate de sodium.
d. A l’équivalence on a :
D’où :
Soit
Puis C0=10×C1
Correction Spécialité C3
Enoncé
1. La dissolution des composés ioniques donne :
Zn(NH4)Cl3(s) = Zn2+(aq) + NH4+(aq) + 3 Cl-(aq)
NH4Cl(s) = NH4+(aq) + Cl-(aq)
Pour un litre de solution:
[Zn2+(aq)]=m1/M1
[Cl-(aq)]= 3×m1/M1+ m2/M2
[NH4+(aq)]= m1/M1+ m2/M2
2. Réduction à la cathode: Zn2+ + 2 e- = Zn
Oxydation à l’anode : Zn = Zn2+ + 2 eBilan de l’électrolyse : Zn (anode) = Zn (cathode)
3. La masse de dépôt à réaliser est
ce qui correspond à la quantité de
matière de zinc :
Le nombre de mole d’électrons nécessaires à la formation de n moles de zinc est deux
fois plus important d’après la stœchiométrie de la réaction : Zn2+ + 2 e- = Zn
La quantité d’électricité correspondante est :
Soit
Or
D’où
L’énergie électrique correspondante est donnée par
Correction Spécialité C4
Enoncé
1. Zn2+(aq) + 2 HO-(aq) = Zn(HO)2(s)
Fe3+(aq) + 3 HO-(aq) = Fe(HO)3(s)
2. La formation du précipité impose Qr<K
Soit
Or
D’où
D’où pH> - log (
A.N: pH> - log (10-14×
) =5,5
Même raisonnement pour l’hydroxyde de fer III
Soit
D’où
Soit
A.N :
=1,7
3. Pour faire précipiter Fe3+ sans faire précipiter Zn2+, il faut augmenter le pH pour
qu’il soit supérieur à 1,7 mais inférieur à 5,5. Fe3+ sous la forme de l’hydroxyde de
fer III Fe(HO)3(s) est alors éliminé par filtration.
4. L’ajout de zinc, réducteur du couple Zn2+/Zn, permet de réduire les ions Cu2+,
oxydant du couple Cu2+/Cu, en Cu selon : Zn +Cu2+ = Zn2+ + Cu
Correction Spécialité C5
Enoncé
1.
H3C
NH2
O
O
O
HN
H3C
+
groupe amide
+
O
H3C
OH
H3C
O
OH
OH
2.
3. Le paracétamol ainsi les autres substances constituant les impuretés sont solubles dans
l’eau chaude. Cependant le paracétamol, à la différence des autres substances, est insoluble
dans l’eau froide. Lorsque le paracétamol se recristallise dans l’eau froide, les impuretés
restent dans l’eau, ce qui permet de purifier le paracétamol.
4. Chromatogramme obtenu : la purification par recristallisation a bien fonctionné.
h=3H/4
H
5. On peut vérifier la pureté du produit
en mesurant sa température de fusion à
l’aide du banc Kofler. Celle-ci doit être
égale à la température de fusion du
paracétamol pur.