TD 1 : chimie des solutions - Free

Rappel : A : Benjamin, Geoffrey, Mounir, François M., Jordan
B : Louis, Agathe, Sylvie, Ophélie M., Pierre S.
C : Pierre B., Maxime, Aurélie, Laura, Tom
D : Anthony, Fanny, Marie LD, David, Sergueï
E : Laure, Timour, François L., Jean, Ingrid
F : Thomas, Athéna, Jeanne, Angela, Lorène
G : Ophélie C. Vincent, Paul, Marc-Antoine
H : Nathan, Romain, Virginie, Marie R. TD 1 : chimie des solutions
groupe |A |B |C |D |E |F |G |H | |exercice |1 |2 |3 |4 |5 |6 |7 |8 | |
Question 1 :
Les dosages :
Inventorier les différents types de dosage, et pour chacun préciser :
Pour quelle sorte de soluté ? Donner des exemples
Avec quel réactif ?
Comment détecter l'équivalence ?
Et se préparer à des questions plus précises
Ex 1 : Dosages conductimétrique et pHmétrique
Question 2 :
Rappeler le principe de la conductimétrie, l'appareillage utilisé et
indiquer des applications de cette technique autres que le dosage.
Rappeler les électrodes à utiliser dans un dosage pHmétrique, expliquer
leur fonctionnement. Question 3 :
[pic]
On prépare 1L de solution avec 50mL de vinaigre et 25 mL d'acide
chlorhydrique à 1 mol/L.
On prélève Vo = 10 mL de ce mélange, on y ajoute 90 mL d'eau. On dose par
la soude de concentration C. On obtient la courbe suivante : 1. Quelles sont les espèces présentes au début du dosage ? Quelles sont les
réactions qui se déroulent au cours du dosage ?
2. Premier segment de la courbe :
a) interpréter de façon qualitative la pente négative, puis de façon
quantitative.
b) exploiter la valeur du volume équivalent pour déterminer la
concentration d'un des réactifs mis en jeu.
3. Deuxième segment de la courbe :
Commenter sa pente (qualitativement seulement) et exploiter le deuxième
volume équivalent.
4. Prévoir la forme de la courbe qu'on aurait obtenue par dosage pH
métrique. Comparer la qualité des deux dosages. Ex 2 : Dosage complexométrique de l'aluminium dans une zéolithe Question 4
1. La zéolithe est un aluminosilicate de sodium hydraté : quels éléments
contient-elle ? Se renseigner sur les propriétés et les utilisations des
zéolithes pour pouvoir faire une brève présentation à la classe. Données (certaines sont
superflues): Question 5
2. Protocole de dosage et exploitation : Un échantillon de 1,00 g de zéolithe est prélevé et mélangé avec 0,53 g de
carbonate de sodium dans un mortier. Le mélange est ensuite fondu dans un
creuset en platine puis traité par 100 mL d'acide nitrique concentré. Le
milieu est ensuite porté à ébullition pour favoriser la dissolution des
ions sodium Na+ et aluminium Al3+, puis filtré pour éliminer le précipité.
Le filtrat est transféré dans une fiole jaugée A de 100,0 mL, dont le
volume est complété. Un volume de 10,0 mL de cette solution est prélevé et
placé dans un erlenmeyer de 250 mL. Sont ajoutés à cette solution
successivement 110 mL d'une solution tampon concentrée de pH = 4,5, 20 mL
d'une solution de sel disodique de l'acide éthylène-diamine-tétraacétique
de concentration 50,0 mmol.L-1, 60 mL d'éthanol et quelques gouttes d'une
solution de dithizone dans l'éthanol à 95%. Le mélange dans l'erlenmeyer
prend alors une coloration verte. Une solution de nitrate de zinc de
concentration 100,0 mmol.L-1 est placée dans la burette. Le contenu de
l'erlenmeyer est finalement titré par la solution contenue dans la burette.
La couleur de la solution dans l'erlenmeyer vire du vert au rouge pour un
volume d'ions Zn2+ ajouté de 5,7 mL.
2.1. Quel élément chimique de la zéolithe reste dans le précipité lors du
traitement à l'acide nitrique ?
2.2. Quelle est la forme prédominante de l'EDTA à pH 4,5 ? (sous la forme
Y...et en détaillant les groupes fonctionnels)
2.3. Calculer le pH de début de précipitation d'une solution d'aluminium de
concentration 10-2 mol.L-1.
2.4. Décrire la réaction de complexation de l'aluminium par l'EDTA dans les
conditions opératoires considérées (pH = 4,5) (équation, constante
d'équilibre), commenter.
2.5. Que se passe-t-il quand on verse la solution de nitrate de zinc ?
(équation et constante d'équilibre)
2.6. Quel rôle joue la dithizone ici ? Détailler la réponse.
2.7. En déduire la composition massique (en %) de la zéolithe en aluminium. Question 6
3. Pour conclure : 3.1. Quelles sont les contraintes qui imposent le choix du pH dans un tel
dosage ?
3.2. Comment doivent être classées les stabilités relatives de différents
complexes intervenant dans le dosage pour que « ça marche » ? Question 7
Solution tampon, pouvoir tampon 1. Définir la notion de solution tampon, donner la définition du pouvoir
tampon.
2. Rappeler la formule donnant le pH d'une solution tampon obtenue en
dissolvant dans 1L d'eau cA mol d'acide et cB mol de base conjuguée.
Discuter la validité de cette formule.
3. On veut préparer la solution tampon de pH 4,5 de l'exercice précédent à
partir d'une solution d'acide acétique et d'une solution de soude de même
concentration. La formule simplifiée est supposée valide.
a) quels volumes de chacune des solutions doit-on prélever pour obtenir 1L
de solution tampon ?
b) quel est le pouvoir tampon de cette solution si la soude et l'acide
acétique initiaux sont à la concentration c0 ? Question 8
Corrosion 1) Donner l'allure de la courbe densité de courant - potentiel pour
l'oxydation et la réduction du couple Zn2+ / Zn. Ce couple est rapide. Le
potentiel standard du couple est égal à -1,76 V et on prendra la
concentration initiale d'ions zinc II égale à 1 mol/L.
2) La courbe intensité-potentiel du couple H+ / H2 dépend-elle du métal de
l'électrode utilisée ? Expliquez succinctement pourquoi.
3) On envisage l'oxydation du zinc par les ions H+. Écrire l'équation de la
réaction. Que peut-on dire de cette oxydation du point de vue de la
thermodynamique ?
4) On envisage un phénomène de corrosion uniforme, observée quand une lame
de zinc trempe dans une solution acide.
Une étude expérimentale a permis d'obtenir les lois suivantes, reliant la
densité de courant (en A/cm²) et le potentiel d'électrode (en V) mesuré par
rapport à l'ESH.
[pic]
a)Calculer la densité de courant de corrosion uniforme j corr et le
potentiel de corrosion.
b) La vitesse de corrosion v corr est mesurée en µm par année. Exprimer
littéralement v corr en fonction de j corr , de la constante de Faraday ,
de la masse molaire atomique du zinc et de sa masse volumique .
c) Calculer numériquement v corr. d = 7,14, M = 65,4 g/mol
5) On donne pour le couple Fe2+ / Fe E° = -0,44 V et
[pic]
Comparer la corrosion uniforme du fer à celle du zinc d'un point de vue
thermodynamique et d'un point de vue cinétique. Conclure.
6) On protège une pièce en fer par une couche de métal peu (pas) oxydable,
sur lequel la cinétique de réduction des ions H+ est la même que sur le fer
lui-même. Le revêtement est accidentellement percé d'un trou qui met à jour
environ le centième de la surface de la pièce. Évaluer la densité de
courant de corrosion et conclure.
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