Premières Spé PC

Les solutions anti-mousse pour gazon sont composées notamment d’ions fer (II) très actifs contre la mousse. L’objectif de cette séance est de déterminer la concentration en ions fer (II) dans un anti-mousse.

Données

• Ion permanganate : $\ce{MnO4^− (aq)}$ solution violette ;
• Ion manganèse : $\ce{Mn^{2+} (aq)}$ solution incolore ;
• Ion fer (II) : $\ce{Fe^{2+} (aq)}$ solution vert pâle ;
• Ion fer (III) : $\ce{Fe^{3+} (aq)}$ solution jaune pâle ;
• Couples redox : $\ce{Fe^{3+}/Fe^{2+}}$ et $\ce{MnO4^−/Mn^{2+}}$.
• La solution commerciale d’anti-mousse est trop concentrée. On divise donc pas 10 la concentration en ions fer (II).

Protocole

• Prélever $\pu{10 mL}$ de la solution anti-mousse diluée à l’aide d’une pipette jaugée. L’introduire dans un bécher.
• Ajouter 3 gouttes d’acide sulfurique concentré.
• Remplir la burette avec la solution de permanganate de potassium de concentration $\pu{2,00e-2 mol·L-1}$.
• Verser progressivement la solution de permanganate de potassium.
• Repérer l’équivalence.

Exploitation

Une simulation du titrage se trouve à cette adresse

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La matière à différentes échelles

Les ordres de grandeurs de différentes grandeurs de même nature permettent de les comparer rapidement.

Quelques ordres de grandeur

• Rayon moyen d’un noyau : $\pu{10^{-15} m}$ ;

• Rayon moyen d’un atome : $\pu{10^{-10} m}$ ;

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Objectifs

• Mesurer le pH de différentes solutions.
• Effectuer des dilutions.
• Déterminer si des transformations chimiques sont totales ou limitées.

Documents

On réalise l’oxydation des ions fer II $\ce{Fe^{2+} (aq)}$ par des ions permanganate $\ce{MnO4^- (aq)}$ en milieu acide.
Les couples oxydant/réducteur mis en jeu sont : $\ce{Fe^{3+}/Fe^{2+}}$ et $\ce{MnO4^-/Mn^{2+}}$.

1. Montrer que l’équation de la réaction s’écrit : $$ \ce{5 Fe^{2+} (aq) + MnO4^- (aq) + 8 H^+ –> 5 Fe^{3+} (aq) + Mn^{2+} (aq) + 4 H2O } $$

On met en présence $\pu{10 mL}$ d’une solution de permanganate de potassium à la concentration $\pu{0,03 mol.L-1}$ en ion permanganate et $\pu{10 mL}$ d’une solution de sulfate de fer II à la concentration $\pu{0,1 mol.L-1}$ en ion fer II. On acidifie cette solution en ajoutant de l’acide sulfurique. Le volume final de la solution est égal à $\pu{25 mL}$ et son pH vaut $\pu{1,0}$.

Évolution d’un système chimique

Arbre de Diane

• Vidéo de l’expérience : https://youtu.be/j6vWJipXees

On plonge de la tournure de cuivre dans une solution de nitrate d’argent contenant des ions argent $\ce{Ag^+ (aq)}$. La solution initialement incolore devient bleue et il se forme un dépôt d’argent $\ce{Ag (s)}$. La température et la pression sont celles du laboratoire.

1. Décrire le système à l’état initial.

2. Y a-t-il eu transformation du système initial ? Nommer les deux réactifs et les deux produits de la transformation.

Transformation d’un système chimique

Qu’appelle-t-on système chimique ?

Description d’un système chimique : État du système

Exercice 1

Dans un tube à essai, on introduit de la limaille de fer et quelques millilitres d’une solution de chlorure d’étain (II), $(\ce{Sn^{2+} (aq) + 2 Cl^- (aq)})$. Après avoir attendu un certain temps, on ajoute quelques millilitres d’une solution d’hydroxyde de sodium (soude) ; il apparait alors un précipité vert d’hydroxyde de fer (II) $\ce{Fe(OH)2 (s)}$.

Les couples qui interviennent dans cette expérience sont : $\ce{Fe^{2+}/Fe (s)}$ et $\ce{Sn^{2+}/Sn (s)}$.

Données : tests de reconnaissance des ions métalliques

Réaction du fer en présence de sulfate de cuivre

Expérience 1

• Introduire de la limaille de fer dans un tube à essais.
• Ajouter une solution bleue de sulfate de cuivre (II), $\left(\ce{Cu^{2+}(aq) + SO4^{2-} (aq)}\right)$.
• Observer.
• Ajouter quelques gouttes d’une solution de soude $\left( \ce{Na+ (aq) + OH- (aq)} \right)$ dans le tube à essais.
• Observer.

Interprétation 1

1. Interpréter les différentes observations.
2. Écrire l’équation de la réaction chimique principale qui se déroule dans le tube à essais.
3. Élément cuivre : écrire l’équation formelle permettant de traduire la transformation de cet élément.
4. Élément fer : écrire l’équation formelle permettant de traduire la transformation de cet élément.
5. Quelle particule a été transférée lors de cette réaction chimique ?

Expérience 2

• Introduire de la tournure de cuivre dans un tube à essais.
• Ajouter une solution de sulfate de fer (II), $\left(\ce{Fe^{2+}(aq) + SO4^{2-} (aq)}\right)$.
• Observer.
• Ajouter quelques gouttes d’une solution de soude $\left( \ce{Na+ (aq) + OH- (aq)} \right)$ dans le tube à essais.
• Observer.

Interprétation 2

1. Que nous apprend cette manipulation ?

Réaction du zinc en présence de sulfate de cuivre

Expérience 3

• Introduire de la poudre de zinc dans un tube à essais.
• Ajouter une solution bleue de sulfate de cuivre (II) $\left(\ce{Cu^{2+}(aq) + SO4^{2-} (aq)}\right)$.
• Observer.
• Ajouter quelques gouttes d’une solution de soude $\left( \ce{Na+ (aq) + OH- (aq)} \right)$ dans le tube à essais.
• Observer.

Interprétation 3

1. Interpréter les différentes observations.
2. Écrire l’équation de la réaction chimique principale qui se déroule dans le tube à essais.
3. Élément cuivre : écrire l’équation formelle permettant de traduire la transformation.
4. Élément Zinc : écrire l’équation formelle permettant de traduire la transformation.
5. Quelle particule a été transférée lors de cette réaction chimique ?

Expérience 4

• Introduire de la tournure de cuivre dans un tube à essais.
• Ajouter une solution de sulfate de zinc (II) $\left(\ce{Zn^{2+}(aq) + SO4^{2-} (aq)}\right)$.
• Observer.
• Ajouter quelques gouttes d’une solution de soude $\left( \ce{Na+ (aq) + OH- (aq)} \right)$ dans le tube à essais.
• Observer.

Interprétation 4

1. Que nous apprend cette manipulation ?

Réaction du fer en présence de diiode

Expérience 5

• Dans un tube à essai, verser environ $\pu{2 mL}$ d’une solution de diiode $\ce{I2 (aq)}$.
• Ajouter environ $\pu{2 mL}$ d’une solution de cyclohexane.
• Boucher, agiter puis laisser décanter.
• Observer.

Interprétation 5

1. Comment interpréter l’évolution des teintes ?

Expérience 6

• Dans un tube à essai, verser environ $\pu{2 mL}$ d’une solution de diiode $\ce{I2 (aq)}$.
• Ajouter une spatule de limaille de fer.
• Boucher, agiter puis laisser décanter.
• Observer.
• Proposer un protocole permettant de vérifier : a) que le diiode $\ce{I2 (aq)}$ a été consommé ; b) qu’il s’est formé des ions fer (II) ou (III).

Interprétation 6

1. Interpréter les différentes observations.
2. Écrire l’équation de la réaction chimique principale qui se déroule dans le tube à essais.
3. Élément fer : écrire l’équation formelle permettant de traduire la transformation.
4. Élément iode : écrire l’équation formelle permettant de traduire la transformation.
5. Quelle particule a été transférée lors de cette réaction chimique ?

Réaction de l’aluminium en présence de diiode

Expérience

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• Déposer de la poudre d’aluminium dans un creuset.
• Sous la hotte aspirante, ajouter du diiode solide pulvérisé.
• Mélanger, puis ajouter quelques gouttes d’eau.
• Observer.
• Proposer un test permettant de déterminer quel ion métallique est apparu dans la solution.

Interprétation

1. Le système chimique est le siège d’une réaction chimique. Écrire l’équation de cette réaction sachant qu’il s’est formé des ions iodures $\ce{I-(aq)}$.

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