Objectif
Déterminer le pourcentage massique en fer d'une solution commerciale d'anti-mousse et confronter les résultats avec les données de l'étiquette :
CompositionTeneur en fer de 6%. soit 67,1 g.L-1. |
Données sur les espèces chimiques mises en jeu
Masse molaire du fer : MFe = 55,8 g.mol-1 Les ions fer Fe2+ appartiennent au couple Fe3+ / Fe2+ ; ils réagissent en milieu acide avec les ions permanganates MnO4- qui appartiennent au couple MnO4- / Mn2+. Les ions Fe2+ (aq ), Fe3+ ( aq ) et Mn2+ ( aq ) sont incolores et MnO4- ( aq ) est violet en solution. |
Principe du dosage
La
solution commerciale So étant trop concentrée, on la dilue 3 fois : la solution diluée obtenue est S1. On prélève un volume : V1 = 10,0 mL de la solution S1, que l'on verse dans un bécher sec et propre. On réalise alors un dosage colorimétrique de l'échantillon prélevé.
L'équivalence du dosage est obtenue lorsqu'on a versé : Vequiv = 16,1 mL d'une solution de permanganate de potassium ( contenant les ions permanganates MnO4- ( aq ) ), de concentration molaire volumique en soluté apporté C = 5,00 . 10-2 mol.L-1.
Exploitation
1 : Donner le protocole de préparation de 150 mL de solution diluée S1 à partir de la solution commerciale S0.
Protocole pour préparer la solution S1 par dilution de S0 :
V1 = 150 mL, et C1 = C0 / 3 ; il faut donc prélever un volume V0 de la solution commerciale tel que V0 = V1 / 3 soit V0 = 150 / 3 = 50 mL.
2 : Faire un schéma du dispositif de dosage en précisant les espèces titrante et titrée.
L'espèce titrée ( dans le bécher ou erlenmeyer ) : ion fer II ; Fe2+.
L'espèce titrante ( dans la burette ) ; ion permanganate MnO4-
3 : Donner les demi-équations des deux couples mis en jeu.
Fe2+ = Fe3+ + e-
MnO4- + 8H+ + 5e- = Mn2+ + 4H2O
4 : S'agit-il de couples oxydant / réducteur ou acide / base ? Justifier.
Il s'agit d'une réaction d'oxydo-réduction car il y a un échange d'électrons.
5 : Écrire l'équation chimique de la réaction support du dosage.
MnO4- + 8H+ + 5Fe2+ → 5Fe3+ + Mn2+ + 4H2O
6 : Définir l'équivalence d'un dosage. Comment le repérer ici ?
L'équivalence est atteinte quand les deux réactifs ( MnO4- et Fe2+ ) sont dans les proportions stœchiométriques ; ici cela se traduit par le passage de l'incolore ( jaune ) au violet.
7 : Dresser le tableau d'avancement de la réaction à l'équivalence.
MnO4- + 8H+ + 5Fe2+ → 5Fe3+ + Mn2+ + 4H2O | ||||||
Initial ( mol ) | neq | Excès | n1 | 0 | 0 | Excès |
Final ( mol ) | neq – Xeq = 0 | Excès | n1 – 5Xeq = 0 | 5 Xeq | Xeq | Excès |
8 : En déduire une relation entre la quantité de matière n1 d'ion fer ( Fe2+ ) contenu dans l'échantillon dosé et la quantité de matière neq d'ion permanganate ( MnO4- ) versée à l'équivalence.
On a neq – Xeq = 0 = N1 – 5 Xeq.
Donc
Xeq = neq = N1 / 5 soit N1 = 5 * neq.
9 : En déduire la concentration C1 de la solution S1.
N1 = C1 * V1 et neq = C * Veq
Donc C1 * V1 = 5 * C * Veq
C1 = ( 5 * C * Veq ) / V1
C1 = ( 5 * 5.10-2 * 16,1 ) / 10
C1 = 4,03.10-1 mol.L-1
10 : Calculer la concentration C0 de la solution commerciale S0.
La solution commerciale est 3 fois plus concentrée que S1 donc S0 = 3 * C1
C0 = 4,03.10-1 * 3 = 1,21 mol.L-1
11 : En déduire le titre massique en ions fer de S0, est-ce en accord avec l'étiquette.
Le titre massique en fer est t :
t = C0 * M
t = 1,21 * 55,8
t = 67,4 g.L-1
ce qui est en accord avec l'étiquette ( 67,5 g.L-1 )
12 : La densité de S0 est d = 1,13. Quelle est la masse d'un litre de solution commerciale S0 ?
D = 1,13 donc la masse d'un litre de solution est 1,13 kg soit 1130 g.
13 : En déduire le pourcentage en masse de fer. Comparer avec la donnée de l'étiquette.
Le pourcentage en fer est 67,4 * 100 / 1130 = 5,96 % soit presque 6% !
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