Exo 3 spécialité Dosage des ions cuivre (II)

09/2006 Antilles (4 points) Exercice n°3 spécialité DOSAGE DES IONS
CUIVRE (II)
Le but de l'exercice est d'illustrer le dosage de solutions parfois
utilisées en hydrométallurgie et contenant des ions cuivre (II) : Cu2+(aq)
.
On dispose d'une solution S1 contenant des ions Cu2+(aq) . 1. UNE PREMIÈRE MÉTHODE DE DOSAGE Cette méthode met en jeu deux réactions successives : on prélève un volume
V1 = 20,0 mL de la solution S1 que l'on place dans un erlenmeyer, on ajoute
une solution d'iodure de potassium (K+ (aq) + I - (aq) ).
La transformation chimique mise en jeu est modélisée par : 2 Cu2+(aq) + 4 I- (aq) = 2 CuI(s) + I2 (aq) (réaction 1)
On dose ensuite le diode formé I2(aq) par une solution de thiosulfate de
sodium (2 Na+(aq) + S2O32-(aq) ) :
l'erlenmeyer est placé sous une burette contenant la solution de
thiosulfate de sodium telle que
[S2O32- (aq) ] = 0,40 mol.L-1. L'équivalence est repérée grâce à la
décoloration d'empois d'amidon ajouté.
Le volume de solution de thiosulfate de sodium ajouté est alors VE= 12,4
mL.
La transformation chimique mise en jeu est modélisée par : I2(aq) +2 S2O32- (aq) = S4O62-(aq) +2 I- (aq) (réaction 2)
1. Quelques questions sur cette méthode de dosage. 1. Dans la réaction (1), il est nécessaire que l'ion iodure I- (aq)
soit en excès par rapport aux ions cuivre Cu2+(aq) . Justifier
cette nécessité.
On considérera que cette condition est vérifiée par la suite.
2. La méthode proposée constitue-t-elle un dosage direct ou indirect
des ions Cu2+(aq) ? Justifier votre réponse. 2. Exploitation du dosage. On pourra éventuellement s'aider d'un tableau d'avancement. 1. Quelle relation lie les quantités de diiode [pic] et d'ions
thiosulfate [pic] ayant réagi à l'équivalence ? 2. Quelle relation lie les quantités de diiode [pic]et d'ions cuivre
[pic] mises en jeu lors de la réaction (1) ? 3. En déduire la concentration [Cu2+] de la solution S1 en ion
cuivre (II). 2. DEUXIÈME MÉTHODE DE DOSAGE On veut maintenant réaliser le dosage spectrophotométrique de la solution
S1.
Pour cela, on prépare un ensemble de solutions de sulfate de cuivre
(Cu2+(aq) + SO42-(aq)) à partir d'une solution mère Sm de concentration cm=
0,50 mol.L-1. La teinte bleue de ces solutions est due à la présence des
ions Cu2+(aq). |Solution|Sm |Sdl |Sd2 |Sd3 |Sd4 |Sd5 |
|[Cu2+] |0,500 |0,250 |0,200 |0,100 |0,050 |0,010 |
|(mol.L-1| | | | | | |
|) | | | | | | | 1. Préparation d'une solution diluée : décrire soigneusement la préparation
de 50 mL de la solution Sd2
à partir de la solution mère Sm sachant que l'on dispose de la verrerie
suivante :
- fioles jaugées de 25 mL, 50 mL, 100 mL ;
- pipettes jaugées de 10 mL, 20 mL, 25 mL ;
- béchers de 50 mL et de 100 mL ;
- éprouvettes graduées de 20 mL et 50 mL. 2. Mesure de l'absorbance de chacune des solutions avec un
spectrophotomètre. 1. L'opérateur introduit de l'eau distillée dans une cuve qu'il
place dans le spectrophotomètre, il règle alors l'absorbance sur
la valeur "zéro". Justifier cette opération. 2. On mesure l'absorbance des solutions préparées. Les points
expérimentaux sont présentés sur le graphique suivant :
La loi de Beer-Lambert A = k. [ Cu2+(aq) ] est-elle vérifiée ? 3. Détermination de la concentration de la solution S1.
On prélève 25,0 mL de cette solution que l'on introduit dans une fiole
jaugée de 50 mL dont on
complète le niveau avec de l'eau distillée. Après homogénéisation
l'absorbance de cette solution S2
est mesurée : on trouve A = 1,5. Déterminer graphiquement la concentration en ions Cu2+(aq) de la solution
S2. En déduire celle de la
solution S1. 4. La méthode employée constitue-t-elle un dosage par titrage ou un dosage
par étalonnage ? Justifier. 3.VALIDITÉ DES DOSAGES 1. Préparation de la solution S1.
En réalité, la solution S1 a été préparée par dissolution de sulfate de
cuivre pentahydraté solide
(CuSO4 , 5 H2O ) de masse molaire M = 249,6 g.mol-1.
Une masse m = 15,6 g de ce produit est utilisée pour préparer un volume V =
250 mL de solution, déterminer la concentration en ions Cu2+(aq) de cette
solution. 2. Conclure sur la validité des dosages effectués précédemment. Justifier
votre réponse.