CORRIGE DU TP DE CHIMIE N°8 SPECIALITE TS 1/3 TITRAGE INDIRECT D’UNE EAU DE JAVEL

Corrigé du TP de chimie N°8

Titrage indirect d’une eau de Javel

1. Légender le montage utilisé pour réaliser le titrage. 2. Montrer que l’équation de la réaction des ions hypochlorite avec les ions iodure en milieu acide peut s’écrire :

2 I-(aq) + ClO-(aq) + 2 H+(aq) = Cl- (aq) + I2 (aq) + H2O (l) Demi-équation du couple ClO-(aq)/Cl-(aq) : ClO-(aq) + 2 H+ (aq) + 2 e- = Cl-(aq) + H2O (l) Demi-équation du couple I2(aq)/I-(aq) : 2 I-(aq) = I2

(aq) + 2 e- Par addition membre à membre on obtient : 2 I-(aq) + ClO-(aq) + 2 H+(aq) = Cl- (aq) + I2 (aq) + H2O (l) 3. Justifier de même que l’équation de la réaction du diiode avec les ions thiosulfate peut s’écrire

I2(aq) + 2 S2O32-(aq) = S4O6

2-(aq) + 2 I-(aq) Demi-équation du couple I2(aq)/I-(aq) : I2

(aq) + 2 e- = 2 I-(aq) Demi-équation du couple ; S4O6

2- (aq) / S2O32-(aq) : 2 S2O3

2-(aq) = S4O62- (aq) + 2 e-

Par addition membre à membre on obtient : I2(aq) + 2 S2O32-(aq) = S4O6

2-(aq) + 2 I-(aq) 4. Citer les trois caractéristiques que doivent posséder les deux transformations mises en jeu dans ce titrage ? Les deux transformations mises en jeu dans ce titrage doivent être rapides, totales et spécifiques. 5. Questions sur la manipulation 5.1. Quelles précautions devez-vous prendre pour réaliser la manipulation ? Justifier. Gants et lunettes de protection car acide sulfurique concentré corrosif et eau de javel irritante pour les muqueuses ( blouse de toute façon obligatoire ). 5.2. Comment avez-vous réalisé la dilution de la solution commerciale ? Expliquer avec soin et succinctement. Pour diluer 100 fois, on prélève 1,0 mL de solution commerciale dont on a versé quelques millilitres dans un bécher, à l’aide d’une pipette graduée de 1,0 mL munie d’un pipeteur, et l’on place ce volume dans une fiole jaugée de 100,0 mL. On rajoute de l’eau distillée jusqu’au trois-quarts. On bouche, on agite pour homogénéiser et l’on complète avec de l’eau distillée jusqu’au trait de jauge. 5.3. Quelle verrerie avez-vous utilisé pour ajouter le volume V1 de solution S1? Justifier. Une éprouvette graduée, car la valeur du volume V1 = 30 mL à prélever ne comporte pas de décimale. 5.4. Préciser le mode de rinçage des éléments verrerie utilisés. Bécher de stockage pour le prélèvement d’eau de Javel commerciale : à l’eau distillée, puis séché. Pipette graduée de 1,0 mL : à l’eau distillée puis à la solution commerciale d’eau de Javel. Fiole jaugée et erlenmeyer : à l’eau distillée. Pipette jaugée de 10,0 mL : à l’eau distillée puis à la solution diluée S.

burette graduée

support

Solution titrante de thiosulfate de sodium

à 1,0.10-2 mol.L-1

barreau aimanté

agitateur magnétique

mélange : 10 mL de solution S + 20 mL d’acide sulfurique à 2 mol.L-1

30 mL d’iodure de potassium à 0,10 mol.L-1 + empois d’amidon erlenmeyer

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Eprouvette graduée pour prélèvement du volume V1 de solution S1: à l’eau distillée et à la solution d’iodure de potassium. Eprouvette graduée pour prélèvement de l’acide sulfurique : à l’eau distillée et l’acide sulfurique. Burette graduée : robinet ouvert, rinçage à l’eau distillée, puis à la solution titrante de thiosulfate de sodium. 6. Déterminer, en justifiant, la quantité de matière n (I2) de diiode formé après avoir ajouté le volume V1 de solution S1 à la prise d’essai de la solution S. On pourra, si on le désire utiliser un tableau d’avancement. On utilise l’équation de la réaction de support du titrage du diiode formé par l’ion thiosulfate :

I2(aq) + 2 S2O32-(aq) = S4O6

2-(aq) + 2 I-(aq) A l’équivalence, on consomme la totalité de la quantité n (I2) de diiode formé avec la quantité juste nécessaire n(S2O3

2- ) d’ion thiosulfate versé. Le mélange réalisé étant alors stoechiométrique, on a : n (I2) /1 = n (S2O3

2- ) / 2 soit : n (I2) = C2.Véquiv / 2 Remarque : on peut retrouver ce résultat à l’aide d’un tableau d’avancement en traduisant qu’à l’équivalence, les quantités de matière de diiode et d’ion thiosulfate versés sont nulles. Application numérique : pour une mesure ayant donné Véquiv = 11,0 mL, on a : n (I2) = 1,0.10-2 x 11,0.10-3 /2= 5,5.10-5 mol. 7. On suppose que les ions iodure I-(aq) contenus dans le volume V1 de solution S1 et les ions H+(aq) contenus dans la solution d’acide sulfurique, sont en excès par rapport aux ions hypochlorite ClO-(aq) de la prise d’essai de solution S. En déduire la quantité n (ClO-) d’ions hypochlorite contenus dans la prise d’essai. On pourra, si on le désire, justifier à l’aide d’un tableau d’avancement. Lorsque l’on rajoute des ions iodure en excès, en milieu très acide, à la prise d’essai de solution S, on consomme totalement la quantité n (ClO-) d’ions hypochlorite qu’elle contient suivant la réaction totale d’équation :

2 I-(aq) + ClO-(aq) + 2 H+(aq) = Cl- (aq) + I2 (aq) + H2O (l) L’écriture de cette réaction montre que la disparition totale de n (ClO-) est suivie de l’apparition d’une quantité de matière égale de diiode, car pour 1 mol de ClO-(aq) disparue il y a 1 mol I2 (aq) apparu. On a donc :

n (ClO-) = n (I2) = 5,5.10-5 mol Remarque : on peut retrouver ce résultat en traduisant que dans l’état final, la quantité de matière finale de réactif limitant ClO-(aq) est nulle, soit : n finale (ClO-(aq)) = n (ClO-) - xfinal = 0. En tenant compte d’autre part que n (I2) = xfinal, on en déduit bien que n (ClO-) = n (I2). 8. Détermination du degré chlorométrique 8.1. Déterminer, à partir de ce qui précède, la quantité n’ (ClO-) d’ions hypochlorite présents dans un volume V’ = 1,00 L d’eau de Javel commerciale. Justifier brièvement votre raisonnement. Dans la prise d’essai de 10,0 mL, on a 5,5.10-5 mol d’ions ClO-(aq). Donc dans 10,0 mL de solution commerciale, on a 5,5.10-5 x 102 mol d’ions ClO-(aq), car S a été obtenue en diluant 100 fois cette solution commerciale. Il en résulte que dans 1,0 L de solution commerciale, on a la quantité n’ (ClO-) = 5,5.10-5 x 102 x 102 = 5,5.10-1 mol. 8.2. En déduire la valeur du degré chlorométrique de l’eau de Javel commerciale contrôlée. Justifier en utilisant la définition donnée dans les données utilisables. La définition du degré chlorométrique repose sur la réaction totale d’équation :

ClO−(aq) + 2 H+(aq) + Cl−(aq) = Cl2(g) + H2O(l) Le degré chlorométrique est le volume V(Cl2) de dichlore gazeux, mesuré en litre, dans les conditions normales de pression et de température, qui se dégage lorsque l’on consomme totalement la quantité de matière n’ (ClO-) = 5,5.10-2 mol, contenue dans un volume de 1,0 L de solution commerciale, par un excès d’acide. On a : V(Cl2) = n(Cl2) x Vm, où n(Cl2) est la quantité de matière de dichlore gazeux qui se dégage lorsque n’ (ClO-) est totalement consommée. Or les nombres stoechiométriques de ClO−(aq) et Cl2(g) étant égaux, on a : n(Cl2) = n’ (ClO-). Donc : V(Cl2) = n’ (ClO-) x Vm Application numérique : °chl = 5,5.10-1 x 22,4 ≈ 12 ° chl, ce qui est bien conforme à l’étiquette.

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9. A-t-on eu raison de supposer en excès par rapport aux ions ClO-(aq), les ions iodure contenus dans le volume V1 de solution S1 ? On revient sur l’équation de la réaction entre les ions iodure et les ions hypochlorite de la prise d’essai en quantité n (ClO-) = 5,5.10-5 mol.

2 I-(aq) + ClO-(aq) + 2 H+(aq) = Cl- (aq) + I2 (aq) + H2O (l) On a mis en présence de 5,5.10-5 mol d’ions hypochlorite une quantité de matière :

ninitial (I-) = C1.V1 = 1,0.10-1 x 30.10-3 = 3,0.10-3 mol. Si les ions iodure sont limitants, on a : ninitial (I-) - 2 xmax = 0. Soit xmax = ninitial (I-) / 2 = 1,5.10-3 mol. Si les ions hypochlorite sont limitants, on a : n (ClO-) - xmax = 0. Soit xmax = n (ClO-) = 5,5.10-5 mol. Conclusion : on a bien eu raison de considérer que les ions iodure contenus dans le volume V1 de solution S1 sont en excès par rapport aux ions hypochlorite de la prise d’essai. 10. Combien de transformations chimiques ont été mises en jeu dans la détermination du degré chlorométrique de l’eau de Javel contrôlée ? Citer ces transformations. Le type de titrage effectué est appelé titrage indirect. Donner une définition de ce type de titrage. Deux transformations totales et rapides et spécifiques sont intervenues dans ce titrage, d’équations chimiques: 2 I-(aq) + ClO-(aq) + 2 H+(aq) = Cl- (aq) + I2 (aq) + H2O (l) (1) et I2(aq) + 2 S2O3

2-(aq) = S4O62-(aq) + 2 I-(aq) (2)

Un titrage indirect est un titrage faisant intervenir au moins deux transformations chimiques totales rapides et spécifique.