Exercice III : Contrôles de la qualité d'un lait (5 points) - Labolycée

Dosage par étalonnage
4 Extraits de sujets corrigés du bac S
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|Notions et contenus |Compétences exigibles | | |
|Contrôle de la qualité | | | |
|par dosage |Mettre en ?uvre un protocole expérimental pour |( |( |
|Dosages par étalonnage : |caractériser une espèce colorée. | | |
|- spectrophotométrie ; | | | |
|loi de Beer-Lambert ; |Pratiquer une démarche expérimentale pour | | |
|- conductimétrie ; |déterminer la concentration d'une espèce à | | |
|explication qualitative |l'aide de courbes d'étalonnage en utilisant la |( |( |
|de la loi de Kohlrausch, |spectrophotométrie et la conductimétrie, dans | | |
|par analogie avec la loi |le domaine de la santé, de l'environnement ou | | |
|de Beer-Lambert. |du contrôle de la qualité. | | | Résumé en vidéo (9 min) http://acver.fr/4xp
[pic]
Source de l'image http://physique-chimie.gjn.cz/spip.php?article50
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2005/11 Nouvelle Calédonie EXERCICE II. DEUX ANTISEPTIQUES (6,5 points)
Le Lugol est un antiseptique couramment utilisé. Les indications portées
sur un flacon de solution commerciale sont données dans le tableau ci-
dessous.
|Lugol (solution S0) |
|Composition : iodine solution (eau |
|iodée) |
On se propose dans cet exercice de tracer une courbe d'étalonnage à l'aide
d'un spectrophotomètre afin d'utiliser cet appareil pour déterminer le
titre de la solution S0 de Lugol. 1. Courbe d'étalonnage du spectrophotomètre
On dispose de six solutions aqueuses de diiode de concentrations molaires
apportées différentes. La mesure de l'absorbance A de chaque solution a été
réalisée avec un spectrophotomètre UV-visible
réglé à la longueur d'onde ( = 500 nm.
Le spectrophotomètre utilisé admet une gamme de mesures pour l'absorbance
de A0 = 0 à
Amax = 2,00.
Parmi les espèces chimiques présentes le diiode est la seule espèce qui
absorbe à 500 nm. Les ré-sultats obtenus permettent de tracer la courbe
d'étalonnage de la Figure 1 de L'ANNEXE À RENDRE AVEC LA COPIE. 1.1. Justifier, à partir de la courbe d'étalonnage, que les grandeurs
portées sur le graphe sont liées
par une relation de la forme A = k[I2].
1.2. On note [I2]max la concentration molaire apportée en diiode au-delà de
laquelle l'absorbance d'une solution de diiode n'est pas mesurable par le
spectrophotomètre utilisé ici.
Déterminer graphiquement la valeur de [I2]max en faisant clairement
apparaître la méthode utilisée sur
la Figure 1 de L'ANNEXE À RENDRE AVEC LA COPIE.
ACCÈS À LA CORRECTION
2. Titre du Lugol
Pour déterminer le titre en diiode du Lugol, il est ici nécessaire de
diluer dix fois la solution commer-
ciale S0. La solution obtenue est notée S0'.
Le matériel mis à disposition est le suivant :
- bechers 50 mL, 100 mL, 250 mL ;
- pipettes jaugées 5,0 mL, 10,0 mL, 20,0 mL ;
- éprouvettes graduées 10 mL, 20 mL, 100 mL ;
- fioles jaugées 100,0 mL, 250,0 mL, 500,0 mL. 2.1. Choisir, sans justification, le matériel nécessaire pour préparer S0'.
2.2. Sans modifier les réglages du spectrophotomètre, on mesure
l'absorbance de la solution S0' :
[pic]= 1,00.
2.2.1. Déterminer graphiquement sur la Figure 1 de L'ANNEXE À RENDRE
AVEC LA COPIE la concentration molaire apportée en diiode de la
solution S0'. On fera clairement apparaître la méthode graphique
utilisée.
2.2.2. En déduire la concentration molaire apportée cL en diiode du
Lugol (solution commerciale S0)
2.2.3. Pourquoi a-t-il été nécessaire de diluer le Lugol (solution
commerciale S0) ? ACCÈS À LA CORRECTION Bac S Antilles Session de remplacement 2014
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EXERCICE I. QUELLE TENEUR EN CUIVRE DANS UNE PIÈCE DE 5 CENTIMES D'EURO ?
(5 points) Accès à la correction La pièce de 5 centimes d'euro est composée d'un centre en
acier (constitué essentiellement de fer et de carbone) entouré
de cuivre. Elle a un diamètre de 21,25 mm, une épaisseur de
1,67 mm et une masse de 3,93 g.
On cherche par une méthode spectrophotométrique à déterminer
la teneur en cuivre d'une telle pièce. Le cuivre, de masse molaire 63,5 g.mol-1, est un métal qui peut être
totalement oxydé en ions cuivre (II) par un oxydant puissant tel que
l'acide nitrique selon la réaction d'équation : 3 Cu(s) + 8 H+(aq) + 2 NO3-(aq) ( 3 Cu2+(aq) + 4 H2O(l) + 2 NO(g) Les ions cuivre (II) formés se retrouvent intégralement dissous en
solution ; le monoxyde d'azote NO est un gaz peu soluble.
En pratique, on dépose une pièce de 5 centimes dans un erlenmeyer de 100
mL, on place cet erlenmeyer sous la hotte et on met en fonctionnement la
ventilation.
Équipé de gants et de lunettes de protection, on verse dans l'erlenmeyer 20
mL d'une solution d'acide nitrique d'une concentration environ égale à 7
mol.L-1.
La pièce est alors assez vite oxydée et on obtient une solution notée S1.
On transfère intégralement cette solution S1 dans une fiole jaugée de 100
mL et on complète cette dernière avec de l'eau distillée jusqu'au trait de
jauge. On obtient une solution S2 qui contient également des ions
fer (III) provenant de la réaction entre l'acide nitrique et le fer contenu
dans le centre d'acier de la pièce.
L'absorbance de la solution S2 à 800 nm est mesurée, elle vaut 0,575. 1. Étalonnage.
1.1. Déterminer, en argumentant votre réponse, les couleurs attendues pour
une solution d'ions cuivre(II) et pour une solution d'ions fer (III). Pour
quelle raison choisit-on de travailler à une longueur d'onde de 800 nm ?
1.2. On fait subir à différents échantillons de métal cuivre pur le même
traitement que celui décrit ci-dessus pour la pièce. On obtient alors des
solutions d'ions cuivre (II) dont on mesure l'absorbance à 800 nm.
Montrer, en utilisant le document 2 et en complétant l'ANNEXE À RENDRE AVEC
LA COPIE, que la loi de Beer-Lambert est vérifiée pour ces solutions d'ions
cuivre (II). 2. Détermination de la teneur en cuivre dans la pièce.
2.1. Déterminer la masse de cuivre contenue dans la pièce de 5 centimes
d'euro.
2.2. En déduire la teneur (ou « pourcentage massique ») en cuivre dans la
pièce. 3. Incertitude.
10 groupes d'élèves ont déterminé expérimentalement la masse de cuivre
présente dans 10 pièces de 5 centimes de même masse. Leurs résultats sont
les suivants : Groupe |1 |2 |3 |4 |5 |6 |7 |8 |9 |10 | |Masse de cuivre (mg) |260 |270
|265 |263 |264 |265 |262 |261 |269 |267 | |
3.1. Déterminer, grâce aux valeurs trouvées par les élèves, l'incertitude
élargie (pour un niveau de confiance de 95 %) sur la mesure de la masse de
cuivre dans une pièce.
3.2. En déduire l'intervalle dans lequel devrait se situer le résultat du
mesurage de la masse de cuivre avec un niveau de confiance de 95 %.
Accès à la correction
Document 1 : Spectres d'absorption des ions cuivre (II) et fer (III) dans
l'eau.
On donne ci-dessous les spectres d'absorption d'une solution d'ions cuivre
(II) et d'une solution d'ions fer (III), ainsi qu'un tableau reliant
longueur d'onde d'absorption et couleur complémentaire. Le « blanc » a été
fait avec de l'eau pure. Solution aqueuse d'ions cuivre (II) Cu2+ de concentration 7,5×10-3 mol.L-1
[pic] Solution aqueuse d'ions fer (III) Fe3+ de concentration 5,0×10-2 mol.L-1 [pic] couleur absorbée |violet |bleu |vert |jaune |orange |Rouge | |longueur
d'onde d'absorption (nm) |400-424 |424-491 |491-575 |575-585 |585-647 |647-
850 | |couleur complémentaire |jaune-vert |jaune |pourpre |bleu |vert-bleu
|bleu-vert | |
Document 2 : Courbe d'étalonnage.
Tableau donnant l'absorbance A à 800 nm de solutions aqueuses contenant des
ions cuivre (II), obtenues à partir de divers échantillons de métal cuivre
pur : Masse de l'échantillon de cuivre (mg) |0 |25,1 |50,6 |103,8 |206,2 |300,6 |
|Concentration (mol.L-1) |0 |3,95×10-3 |7,97×10-3 |1,63×10-2 |3,25×10-2
|4,74×10-2 | |Absorbance |0 |0,055 |0,121 |0,231 |0,452 |0,649 | | Document 3 : Incertitude sur un mesurage. On rappelle les différentes formules intervenant dans la détermination de
l'incertitude sur le résultat du mesurage d'un ensemble de n valeurs {x1,
x2 ... xn} :
Écart-type : [pic] Incertitude-type sur la moyenne : [pic] Incertitude élargie sur la moyenne : [pic],
avec : k = 1 pour un niveau de confiance de
68% ;
k = 2 pour un niveau de confiance de
95% ;
k = 3 pour un niveau de confiance de
98% ;
Accès à la correction
ANNEXE DE L'EXERCICE I À RENDRE AVEC LA COPIE [pic]
Bac S Nouvelle Calédonie Novembre 2016
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EXERCICE I - VANILLE ET VANILLINE (9 points) 2. Dosage spectrophotométrique de la vanilline dans un sachet de sucre
van