Détermination du degré d'hydratation du sel de Mohr

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Sel de Mohr

Le sel de Mohr (ainsi nommé en l’honneur du chimiste allemand Karl Friedrich Mohr), ou alun de fer(II), est un solide ionique hydraté de formule chimique $\ce{(NH4)2Fe(SO4)2·k H2O (s)}$. Il est formé des ions fer(II), ammonium et sulfate.
Il existe à l’état naturel, sous le nom de mohrite.
Le sel de Mohr est couramment utilisé à la place du sulfate de fer(II) $\ce{FeSO4 (sol)}$ car ils libèrent tous deux des ions fer II, $\ce{Fe^{2+} (aq)}$, en solution mais le sel de Mohr est moins facilement oxydé par l’air que $\ce{FeSO4 (sol)}$. La dissolution du sel de Mohr dans l’eau se fait selon l’équation : $$ \ce{(NH4)2Fe(SO4)2·k H2O (s) –>[H2O] 2 NH4^+ (aq) + Fe^{2+} (aq) + 2 SO4^{2-} (aq) + k H2O (l) } $$

Degré d’hydratation d’un solide ionique

Certains solides ioniques, comme le sulfate de cuivre II, le sel de Mohr, attirent à eux des molécules d’eau à l’état de vapeur.

On appelle degré d’hydratation le nombre de molécules d’eau qu’un solide ionique hydraté comporte.

Par exemple, le sel de Mohr hydraté a pour formule chimique $\ce{(NH4)2Fe(SO4)2·k H2O (s)}$ : chaque mole de sel de Mohr hydraté contient $k$ moles d’eau. Le degré d’hydratation du sel de Mohr hydraté est alors $k$ (en pratique on a le plus souvent $k=6$).

Données

  • Couples mis en jeu lors du titrage : $\ce{Fe^{3+} (aq)} / \ce{Fe^{2+} (aq)}$ ; $\ce{MnO4^- (aq)} / \ce{Mn^{2+} (aq)}$ ;
  • Coloration de solution contenant ces entités :
    • $\ce{Fe^{3+}}$ : orange
    • $\ce{Fe^{2+}}$ : vert
    • $\ce{MnO4^-}$ : violet
    • $\ce{Mn^{2+}}$ : incolore

Séance

Lors de cette séance, on souhaite déterminer le degré d’hydratation $k$ du sel de Mohr. La méthode s’appuiera sur un titrage.

Préparation d’une solution de sel de Mohr

  • Dissoudre une masse $m = \pu{1,5 g}$ de sel de Mohr hydraté dans de l’eau pour obtenir une solution de volume $V = \pu{100 mL}$. On note $S$ la solution formée.

Réalisation du titrage

  • Réaliser le titrage d’un volume $V_0 = \pu{20,0 mL}$ de la solution $S$ par une solution acidifiée de permanganate de potassium de concentration $C_1 = \pu{2,0e-2 mol.L-1}$.
Réfléchir à la façon de repérer l’équivalence.

Exploitation du résultat

  1. Écrire les demi-équations redox associées aux deux couples mis en jeu et en déduire l’équation de la réaction chimique support du titrage.

  2. À partir du volume à l’équivalence, déterminer la concentration en ions fer (II) de la solution de sel de Mohr.

  3. En déduire alors le degré d’hydratation du sel de Mohr utilisé pour préparer la solution.