Gee L1gi Zenasni TP
Gee L1gi Zenasni TP
Gee L1gi Zenasni TP
Présenté par
2018/2019
République Algérienne Démocratique et Populaire
Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique
Université AbouBakr Belkaid – Tlemcen
Faculté de Technologie
Département de GEE
Introduction………………………………………………………………………………... 01
Avant-propos……………………………………………………………………………… 02
Comment rédiger un compte rendu……………………...………………………………... 04
TP (01) : Sécurité au laboratoire de chimie et description du matériel et de la verrerie….. 06
TP (02) : Préparation des solutions par dissolution et dilution ………….……………….. 15
TP (03) : Dosage acido-basique…………………………………………………………… 22
TP (04) : Titrage d’oxydo-réduction du peroxyde d'hydrogène par manganimétrie……… 28
TP (05) : Titrage par précipitation (Méthode de Mohr)…………………………………... 33
TP (06) : Dosage par mesure de la dureté de l’eau……………………………………….. 39
TP (07) : Modèles moléculaires assistés par ordinateur …………………..……………… 44
TP (08) : Gaz Parfait (H2) : Réaction entre le magnésium et l’acide chlorhydrique……… 49
TP (09) : Mesures Calorimétriques………………………………………………………... 54
TP (10) : Détermination de la chaleur latente de fusion de la glace « Lf »…….................. 60
Références…………………………………………………………………………………. 63
Introduction TP
Introduction
Les travaux pratiques, souvent abrégés en TP, constituent un type d'enseignement
fondé sur l'apprentissage pratique en réalisant d'expériences permettant de vérifier et
compléter les connaissances dispensées dans les cours théoriques.
Les travaux pratiques sont une mise en application (et une mesure de la maîtrise par les
étudiants) de la méthode scientifique, basée sur la pose d'hypothèse, la conception d'un
protocole expérimental, l'expérimentation, l'interprétation des résultats et le raffinement des
hypothèses initiales.
Les travaux pratiques permettent de mettre en évidence les transferts et les techniques mis en
œuvre dans les ateliers d’application et d'adapter les supports pédagogiques en fonction des
techniques étudiées.
Avant-Propos
Ce polycopié a été élaboré pour les étudiants de la première année Génie Industriel. C’est
un module de chimie, qui peut également être destiné pour d’autres filières et d’autres
spécialités en première année telles que : Sciences de la nature et de vie (Biologie),
Pharmacie, Médecine, chimie, Génie biomédical… etc
Nous souhaitons vous faire acquérir certaines compétences qui sont propres à la conception et
à la réalisation d'expériences au laboratoire de chimie. Pour arriver à cela, le module est divisé
en plusieurs Travaux Pratiques qui comporteront une partie en premier semestre, et une autre
partie en deuxième semestre.
Pour chaque TP, nous vous donnerons une série d'objectifs propres au TP qu'il vous faudra
résoudre :
Pour vous aider dans votre parcours, nous mettons à votre disposition, pour chaque
TP, plusieurs aides. Ainsi vous trouverez généralement :
une partie théorique qui contient la plupart des notions que vous devez posséder pour
atteindre vos objectifs.
une aide pour concevoir votre protocole : à quoi il faut impérativement faire attention
au choix de la verrerie et aux précautions à prendre.
Attention cette aide ne constitue pas une "recette" du TP, et bien souvent les conseils
seront des questions !
une aide pour vous permettre de présenter vos résultats expérimentaux afin de pouvoir
tirer des conclusions. Il sera important ici d'être critique par rapport à vos résultats.
Cependant nos objectifs sont plus ambitieux que dans la formation classique, car nous vous
proposons de concevoir vous-même le protocole que vous expérimentez en salle de TP.
Au cours de ce module nous souhaitons que vous développiez différentes compétences, mais
que vous appreniez aussi des éléments de théorie. Voici la liste des objectifs généraux que
nous avons fixés :
Apprentissage de notions théoriques : des parties de cours sont présentes pour chaque
TP.
Introduction à la démarche expérimentale : vous concevrez vous-mêmes vos
protocoles de manipulation.
Le travail de groupe est encouragé : confrontez vos protocoles avec ceux des autres
étudiants, il en ressortira toujours des questions qui vous feront avancer dans votre
réflexion.
Apprentissage de la sécurité : lors de la conception de votre protocole, il sera
nécessaire de prévoir les précautions de sécurité à prendre.
Apprentissage des gestes de manipulations et utilisation d'appareils de mesure : lors
des séances en présentiel.
Introduction à la manipulation de programmes type ajusteur de courbes : vous aurez
l'occasion d'utiliser un tel programme pour traiter vos données.
Prise de conscience de la différence module / phénomène observé : nous souhaitons
vous faire réfléchir sur le fait que ce que l'on obtient en TP n'est pas toujours
exactement conforme au modèle. Ceci peut provenir d'imperfections lors de la
manipulation : notion d'erreur.
TP. (01)
La sécurité en travaux pratiques de Chimie et description
du matériel et de la verrerie
Introduction
Le travail au laboratoire et particulièrement dans un laboratoire de chimie, requiert
parfois le montage d'appareillages complexes ou l'exécution d'opérations délicates ; il entraîne
aussi la manipulation de produits qui peuvent être toxiques, inflammables ou explosifs.
L'exécution de ces travaux peut donc être à l'origine d'accidents ou d'intoxications graves dont
les effets sont immédiats ou insidieux. Tout le personnel de laboratoire, soucieux de
développer un esprit de sécurité, devrait donc connaître et appliquer rigoureusement les
règlements de sécurité, être au courant des implications et des risques associés à la
manipulation en cours et être capable d'intervenir efficacement en cas d'accident ou d'incendie.
Dans un laboratoire, il est indispensable de respecter un certain nombre de règles afin d’assurer
sa propre sécurité et aussi celle des autres.
11. Eviter tout comportement irréfléchi ou précipité même si vous vous sentez pressés pour
terminer un TP. Soyez concentrés et ne vous laissez pas distraire.
1.2. Avoir une tenue adaptée :
Un pantalon long et des chaussures plates fermées, pour minimiser les zones de peau
exposées en cas de projection
Les cheveux longs attachés
Pas de lentilles de contact car elles peuvent être attaquées par les solvants volatils
Une blouse longue en coton
Des lunettes de sécurité placées sur les yeux à tout moment
Si nécessaire, des gants. Attention, les gants sont réservés à la manipulation de produits
corrosifs ou toxiques par voie cutanée : Ils ne doivent jamais être utilisés pour taper sur
un clavier, tenir un stylo, ouvrir une porte…
Nous trouverons dans les ouvrages de sécurité et dans les catalogues commerciaux des
indications utiles sur les risques inhérents aux produits chimiques ; ces risques sont classés
nuls, faibles, moyens ou élevés, selon la nature du produit.
Nous devons éviter d'inhaler les vapeurs des solvants organiques. La manipulation de
substances toxiques ou de produits risquant d'affecter le système respiratoire doit être
faite sous une hotte.
Nous ne devons jamais pipeter avec la bouche, mais employer une poire ou une pipette
automatique en s'assurant que la pointe de la pipette soit immergée sous la surface du
liquide.
Travailler avec de petites quantités de produits (de l’ordre du gramme quand vous
synthétisez un solide ou de 5 mL quand vous préparez un liquide que vous souhaitez
purifier par distillation) et utiliser la verrerie adaptée. N’oubliez pas de diviser par 2, 5
ou 10 les quantités indiquées dans les ouvrages de manipulation. Plus les quantités sont
petites, plus les risques sont diminués. Demandez conseil à votre enseignant quand
vous hésitez sur la quantité à synthétiser : cela dépend beaucoup du mode de
purification que vous envisagez, du moyen de caractérisation du produit formé…etc.
Nous disposons de kits de microchimie, ils permettent d’effectuer des synthèses sur de
petites quantités (quelques centaines de milligrammes)
Après avoir manipulé des produits chimiques et avant de quitter le laboratoire, il est
recommandé de se laver les mains avec du savon et de l'eau : l'introduction de
contaminants dans l'organisme s'effectue souvent par les mains.
A. Symboles internationaux
Chaque symbole est un pictogramme ayant une signification précise. Le tableau suivant montre
le pictogramme des produits chimiques :
Toxicité aiguë
- Toxicité aigue
- Corrosion / irritation
cutanée
- Lésions oculaires graves /
irritation oculaire
- Sensibilisation cutanée
- Toxicité pour certains
organes cibles – exposition
unique
Matière explosive
a prescrit un système d'étiquetage codé comportant une lettre suivie d'un indice numérique : la
lettre R se rapporte au risque et le chiffre qui la suit le spécifie ; la lettre S se rapporte à des
conseils de prudence et le chiffre qui la suit les précise. Sur les nouvelles étiquettes les phrases
R et S sont remplacées respectivement par les phrases H et P.
Les deux tableaux Illustrent les significations des différents indices chiffrés (R et S) :
Les étiquettes fournissent également des données numériques que vous devez savoir utiliser :
densité des liquides, état de pureté (en général en % massique), caractéristiques physiques
(point de fusion, indice de réfraction…), formule brute et masse molaire (attention les sels
cristallisés sont souvent hydratés et il faut en tenir compte pour les pesées. Exemple : Na2S2O3,
5H2O).
Etude d’un exemple :
La première information sur les dangers d’une substance chimique est donnée par l’étiquette
exemple :
Pour une liste de phrases de danger détaillée, voir le lien : www.inrs.fr et www.9pictos.com :
Dossier web consacré au nouvel étiquetage de produits chimiques
2. Quelles sont les différentes informations que l'on peut lire sur l'étiquette d'un produit
chimique ?
Le nom; la formule; le Pictogramme de danger; risques particuliers du produits (phrases de
risque) et mesures de sécurité (phrase de sécurité); densité; point de fusion; point d’ébullition;
Masse Molaire; pourcentages de pureté.
5. Quelle est la différence entre la pipette graduée et la pipette jaugée et laquelle est la plus
précise ?
La pipette graduée permet de mesurer plusieurs volumes et de précision moyenne.
La pipette jaugée ne mesure qu’un seul volume et de précision élevée.
TP. (02)
Préparation des solutions par dissolution et dilution
1. Objectifs :
Élaborer un protocole de dissolution.
Mettre en œuvre un protocole de dilution.
2. Quelques rappels
Une solution d’hydroxyde de sodium de formule NaOH est obtenue par dissolution du NaOH
dans de l’eau.
Le NaOH est l’espèce chimique dissoute, c’est le soluté ; l’eau est le constituant majoritaire de
la solution, c’est le solvant.
Une solution est obtenue en dissolvant un soluté dans un solvant.
Lorsque le solvant est l’eau, la solution porte le nom de « solution aqueuse ».
Lorsque le solvant ne peut plus accueillir davantage de soluté, la solution est dite saturée.
L’hydroxyde de sodium qui est une espèce ionique solide, dans l’eau on retrouverait des ions
OH- et des ions Na+ dispersés dans tout le volume de la solution : on dirait alors que la solution
d’hydroxyde de sodium est une solution ionique.
La concentration massique d’une espèce chimique est la masse de cette espèce chimique
dissoute dans un litre de solution.
Si on note « m » la masse de l’espèce chimique dissoute dans une solution dont le volume est
noté « V », la concentration massique notée Cm s’exprime par la relation : Cm=m/V, avec Cm
en g/L, m en g et V en L.
La Molalité d’une espèce chimique est la quantité de matière (nombre de moles) de cette
espèce chimique dissoute dans un kilogramme de solvant.
La normalité d’une espèce chimique est le nombre d’équivalent gramme de cette espèce
chimique dissoute dans un litre de solution. Elle est notée N
Lorsqu’une solution est diluée F fois, le facteur de dilution F, liant le volume Vf de solution
fille obtenue au volume Vm de solution mère, s’écrit : F=Vf/Vm relation dans laquelle Vf et Vm
sont exprimés dans la même unité.
Introduire quelques mL d'eau distillée dans la fiole. (La fiole fait partie de la verrerie de
précision et à ce titre un étalonnage, à une température T est fait (20 °C). Certaines
Travaux Pratiques de Chimie Générale (Génie Industriel) 16
Préparation des solutions par dissolution et dilution TP 02
A l’aide d’un entonnoir à solide introduire le solide. Rincer l’entonnoir dans la fiole.
Une fois la dissolution terminée, ajuster au trait de jauge avec de l’eau distillée à l’aide
d’une pissette en plastique (fiole droite, œil au niveau du ménisque pour éviter les erreurs
de parallaxe).
Boucher et homogénéiser.
la solution est prête.
Nettoyer un bécher : rincer à l’eau puis laver à la solution mère (au moins 3 fois).
Ajuster au trait de jauge, pipette à 45° sur la paroi du bécher, pipette hors du liquide.
Faire couler (toujours à 45°) sur les parois de la fiole (soit jusqu’au bout si la pipette à
un trait de jauge, soit jusqu’au deuxième trait de jauge).
Boucher et homogénéiser.
la solution est prête.
Danger
Produit corrosif
c) Déterminer la masse nécessaire de NaOH, pour avoir 50 mL d’une solution de soude 0,2
mol/L.
Masse molaire de NaOH= 40 g/mol
C = 0,2 mol/L => n = C V = 0,2 x 50 x 10-3 = 0.01mol
n = m / M => m = n M = 0.01x 40 => m = 0.4 g
2ème manipulation
a) Le but de la 2ème manipulation :
Le but de cette manipulation est de préparer une solution par dilution de la solution mère.
b) A partir de la solution de NaOH (0,2 M), calculer le volume nécessaire à prélever pour
préparer 50 mL d’une solution fille de concentration de 0,1 M.
nm = nf => Cm×Vm=Cf×Vf => Vm= (Cf×Vf)/ Cm
Vm= (0,1×50)/ 0,2= 25 mL
Vm= = 25 mL
Travaux Pratiques de Chimie Générale (Génie Industriel) 20
Préparation des solutions par dissolution et dilution TP 02
TP. (03)
Dosage acido-basique
1. But : L’objectif de cette manipulation est de savoir réaliser un dosage acido-basique simple.
Il y sera effectué pour la détermination de la molarité d’une solution d'acide lactique contenu
dans un lait par dosage afin de déterminer sa fraicheur en mesurant son degré Dornic. La
réalisation de cette expérience nécessite la maîtrise de calcul en volumétrie.
Si la solution titrée est une solution d’acide, on y verse progressivement une solution titrante de
base, de concentration connue. De même, si la solution titrée est une solution de base, on y
verse progressivement une solution titrante d’acide, de concentration connue.
Remarque : différence entre dosage et titrage
Doser une espèce dans une solution signifie déterminer la concentration de cette espèce dans la
solution.
Un titrage est une méthode de dosage mettant en œuvre une réaction chimique entre l'espèce à
doser et un réactif convenablement choisi, appelé réactif titrant (l'espèce à doser étant l'espèce
titrée).
3. Théorie :
3.1. Introduction
Le dosage acido-basique est utilisé afin de déterminer la concentration inconnue d'une solution
composée d'un acide ou d'une base, ou d'un mélange. L'intérêt étant de déterminer précisément
la quantité de base ajoutée pour neutraliser l'acide. Il existe deux méthodes :
l'utilisation d'un indicateur coloré (volumétrie colorimétrique non instrumentale),
le tracé de la courbe qui donne le pH en fonction du volume de base ajouté (volumétrie
instrumentale).
3.3.1. Principe
Le volume à l’équivalence peut être déterminé grâce à un indicateur coloré convenablement
choisi.
Reprenons un exemple ou on ajoute quelques gouttes de bleu de bromothymol (BBT) dans la
solution d’acide chlorhydrique avant le titrage par une solution d’hydroxyde de sodium : à
l’équivalence, le BBT vire du jaune au bleu.
Dans un titrage colorimétrique, l’équivalence est repérée par le changement de couleur d’un
indicateur coloré ajouté dans la solution titrée.
Remarque : pour éviter de fausser la détermination du volume équivalent, on introduit
seulement quelques gouttes d’une solution diluée d’indicateur dans la solution titrée (et non
dans la burette).
3.3.2. Indicateur coloré acide-base
En chimie, un indicateur coloré est un couple de deux espèces chimiques (ou plusieurs couples
faisant intervenir l’une des espèces du premier couple) dont l’une de ces espèces prédomine
par rapport aux autres en solution, et ce en fonction des propriétés du milieu. En fonction de
l’espèce qui prédomine, la couleur de la solution est différente. Pour cela l’indicateur coloré :
est un acide faible (Ain) ou une base faible (Bin) (donc caractérisé par un pKa) dont les
deux formes acide et base conjuguées possèdent des couleurs intenses et bien
différentes
l'équation Ain → Bin + H+ montre que l'équilibre entre les deux formes dépend de la
concentration en ions H+ (donc du pH). Le principe de Le Chatelier nous permet de
dire qu'en milieu fortement acide l'équilibre est déplacé vers la gauche. C'est donc la
forme Ain qui prédomine (et donne sa couleur au milieu) qu'en milieu fortement
basique, c'est la forme Bin qui impose sa couleur au milieu
pour un pH intermédiaire, la couleur sera intermédiaire (mélange des deux formes). On
appelle zone de virage de l'indicateur cette zone intermédiaire où la couleur observée
est celle du mélange des deux formes. On peut montrer qu'elle s'étend sur une zone de
deux unités de pH ( pKa ± 1 )
Tableau : Exemples d’indicateurs Colorés
3.3.3. Application
Le lait est un liquide biologique qui se dégrade par transformation du lactose en acide lactique.
Le titrage de cet acide est un moyen de contrôler la qualité du lait : 1 degré Dornic (°D)
correspond à 0,1 g d’acide lactique par litre de lait ; un lait de vache frais titre entre 13 et 18
°D. Quand l’acidité est de 70°D, le lait caille.
4. Etude expérimentale
4.1. Matériel disponible
Produits :
Lait pasteurisé ou stérilisé ouvert le jour même ou depuis quelques jours et conservé au
réfrigérateur
Solution de soude de concentration 10-1 mol.L-1 (1000 mL)
Solution d’acide chlorhydrique HCl de concentration inconnue
Phénolphtaléine à 0,2% dans l’éthanol
Eau distillée
Matériels :
Pipette jaugée de 20 mL et une poire à pipeter
Erlenmeyer 50 mL
Burette graduée
Eprouvette graduée (au moins 150 mL)
Travaux Pratiques de Chimie Générale (Génie Industriel) 25
4Dosage acido-basique TP 03
TP. (04)
Titrage d’oxydo-réduction du peroxyde d'hydrogène par
manganimétrie
1. But : Il s’agit de déterminer la normalité d’une solution d’eau oxygénée (H2O2), à l’aide
d’une solution de Permanganate de Potassium (KMnO4) préparée au laboratoire.
3. Théorie
3.1. Introduction
Une réaction d'oxydoréduction met en jeu un transfert d'électrons entre la forme réduite d'un
couple et la forme oxydée d'un autre couple. Lors d’un titrage, l’équivalence est l’état du
système quand les réactifs ont été introduits dans les proportions stœchiométriques.
Le dispositif expérimental est le même que pour tous les titrages.
3.2. Notion de titrage
Dosage : Un dosage consiste à déterminer la quantité de matière ou la concentration d’une
espèce chimique dans un échantillon.
Titrage : Un dosage par titrage consiste à faire réagir l’espèce dont on veut déterminer la
quantité de matière dans un volume donné (réactif titré) avec une autre espèce dont on connaît
la concentration exacte (réactif titrant).
Titrage d’oxydo-réduction : Il s’agit d’un titrage dont la réaction support est une réaction
d’oxydoréduction.
La réaction de titrage doit être :
Rapide ;
Totale (elle s’arrête lorsqu’un des réactifs a disparu)
Spécifique (le réactif titrant ne doit réagir qu’avec l’espèce à titrer dans la solution où
elle se trouve).
3.3. Dosage d’une solution aqueuse de peroxyde d’hydrogène par manganimétrie.
Le peroxyde d’hydrogène, de formule H2O2, fut découvert par le chimiste français Thenard au
début du XIXème siècle.
Pur, c’est un liquide sirupeux incolore. Il est commercialisé en solutions aqueuses de titres τ
variés dites eaux oxygénées à τ volumes.
En général, les dénominations peroxyde d’hydrogène et eau oxygénée sont confondues.
Historiquement, le peroxyde d’hydrogène servait de source d’énergie de propulsion.
Actuellement, il est surtout utilisé comme agent de blanchiment mais on l’emploie aussi pour
décolorer les huiles et les graisses, comme générateur de dioxygène et comme agent
d’oxydation.
En pharmacie, on utilise l’eau oxygénée pour son action bactériostatique et pour sa faible
action sporicide (elle peut inactiver certains virus comme celui de la poliomyélite).
L’eau oxygénée ne doit pas être exposée aux rayons ultraviolets et doit être conservée à l’abri
de la chaleur afin d’éviter sa décomposition.
Une solution d’eau oxygénée de concentration élevée peut provoquer des brûlures et l’irritation
des muqueuses et de la peau si les applications sont répétées.
3.3.1. Couples rédox intervenant dans une eau oxygénée
Le peroxyde d’hydrogène est une espèce chimique oxydante : H2O2 est un oxydant. Son
réducteur conjugué est l’eau H2O.
Le couple rédox correspondant est H2O2/H2O.
En milieu acide, la demi-équation électronique associée est :
H2O2 + 2 H+ + 2 e- <=> 2 H2O
Le peroxyde d’hydrogène est aussi une espèce chimique réductrice : H2O2 est un réducteur.
Son oxydant conjugué est le dioxygène O2.
Le couple rédox correspondant est O2/H2O2.
En milieu acide, la demi-équation électronique associée est :
H2O2 <=> O2 + 2 H+ + 2 e-
Le peroxyde d’hydrogène étant oxydant et réducteur, il est auto-oxydé, il subit une dismutation
d’équation bilan :
2 H2O2 <=> O2 + 2 H2O
3.3.2. Réaction et équation bilan du dosage
La solution aqueuse de permanganate de potassium : K+ + MnO4- contient l’espèce chimique
oxydante. Par réaction avec le peroxyde d’hydrogène, les ions permanganates sont réduits, en
milieu acide, selon la demi-réaction électronique associée au couple MnO4- / Mn2+ :
MnO4- + 8 H+ + 5 e- <=>Mn2+ + 4 H2O
Par réaction avec les ions permanganate, le peroxyde d’hydrogène est oxydé, en milieu acide,
selon la demi-réaction électronique associée au couple O2/H2O2.
H2O2 <=>O2 + 2 H+ + 2 e-
L’équation bilan de la réaction de dosage est donc :
2 MnO4- + 5 H2O2 + 6 H+ <=>2 Mn2+ + 5 O2 + 8 H2O
Les ions permanganate violets ajoutés réagissent et se transforment en ions manganèse
incolores. Le liquide du bécher reste donc incolore tant qu’il contient des molécules de
peroxyde d’hydrogène. Lorsque le liquide prend une teinte rose violacé, c’est qu’il ne reste
plus de peroxyde d’hydrogène : les ions permanganate ne peuvent pas réagir. On a atteint
l’équivalence.
4. Etude expérimental
4.1. Matériels
Matériel nécessaire pour effectuer une dilution :
Deux pipettes, une de 10 mL et une de 25 mL
Deux fioles jaugées 100 mL
Matériel nécessaire pour effectuer un dosage :
Burette et agitateur magnétique
Solutions :
Solution de permanganate de concentration C0 = 2.10-2 mol. L-1.
Solution d’eau oxygénée à 110 volumes.
Solution d’acide sulfurique de concentration C = 10-1 mol. L-1.
4.2. Mode opératoire
4.2.1. Dilution de l’eau oxygénée
A l’aide de deux pipettes jaugées, diluer 20 fois l’eau oxygénée avec de l’eau distillée (une
dilution au dixième et une dilution par deux)
On obtient une solution S dont on veut déterminer la concentration CS.
A l’équivalence, les ions permanganate et l’eau oxygénée ont totalement réagi. On note
l’avancement maximal à l’équivalence : xE
Donc à l’équivalence :
n(H2O2) – 5xE = 0 <=> xE = n(H2O2)/5
n(MnO4-)ajouté à l’équivalence - 2xE = 0 <=> xE = n(MnO4-)/2
n(H2O2)/5= n(MnO4 -)/2
TP. (05)
Titrage par précipitation (méthode de Mohr)
Analyse Gravimétrique
1. But : Savoir doser les ions chlorure dans une solution (eau de robinet et minérale
commerciale) par la méthode de Mohr.
2. Principe : Nous allons effectuer le dosage (ou titrage) des ions chlorure Cl- par les ions
argent Ag+, ce qui nous permettra de déterminer la chlorinité d'une eau et donc de calculer sa
salinité.
3. Théorie :
3.1. Introduction
En chimie et en métallurgie, un précipité est la formation d'une phase dispersée hétérogène
dans une phase majoritaire. La formation d'un précipité est la précipitation. Le terme est aussi
utilisé en biochimie, pour désigner la formation d'un agrégat moléculaire, par exemple
d'anticorps, qui sédimente (ou est sédimenté par centrifugation) au fond du tube.
En chimie, cela désigne en général la formation d'un cristal solide d'un sel dans un liquide. En
métallurgie, cela peut en outre désigner la formation d'un cristal de composition donnée au sein
d'un alliage.
En chimie, un sel est un composé ionique composé d’anions et de cations, formant un produit
neutre. Ces ions peuvent être aussi bien minéraux (chlorure Cl-) qu’organiques (acétate
CH3COO-) et monoatomiques (sodium Na+) aussi bien que moléculaires (sulfate SO42-). Les
solutions de sels dans l'eau sont appelées électrolytes car conductrices d’électricité.
Titrages de précipitation sont basés sur des réactions qui produisent des composés ioniques de
solubilité limitée. Le réactif de précipitation le plus important est le nitrate d'argent. Méthodes
de titrimétrie sur la base de nitrate d'argent sont parfois appelées méthodes argentométriques.
On obtient :
Sn+m = Ks/ (nn×mm)
Interprétation : L'équilibre suivant a été déplacé vers la gauche par ajout de l'ion commun
Am+
3.2.3.2. Influence du pH sur la précipitation et la dissolution
Solubilité de Mg(OH)2 (s) <=> Mg2+ (aq) + 2 OH- (aq)
t=0 x 0 0
t = équilibre (x-s) s 2s
2+ - 2 -11
Ks = [Mg ]éq [OH ] éq = 1,5. 10
Ks = [Mg2+]éq [OH-]2éq = s (2s)2 = 4.s3 s = (Ks/4)1/3 s = 1,55 10-4 mol.L-1
[OH-] = 2.s = 3,11 10-4 mol.L-1
Le milieu est basique (présence d’ions OH-).
Les ions H3O+ et OH- provenant de l’autodissociation de l’eau sont en quantités négligeables
(Ke = [H3O+] [OH-] = 10-14).
Soit : pH = 14 + log [OH-] = 10,5
Comment évolue la solubilité de Mg(OH)2 dans un milieu moins basique?
Si pH [OH-] l’équilibre de dissolution de Mg(OH)2 se déplace dans le sens 1
vers la dissolution de Mg(OH)2 la solubilité augmente.
3.3. Dosage des ions chlorure présents dans une eau par la méthode de MOHR
3.3.1. Principe du dosage
Doser les ions Cl - présents dans une eau en les faisant réagir avec des ions Ag+.
Problème : comment repérer la fin de la réaction de précipitation de AgCl ?
Réponse : on introduit dans la solution des ions chromate CrO42- .
Quand il existe simultanément dans une solution les ions Cl-, CrO42- et Ag+, les réactions
susceptibles de se produire sont les suivantes :
TP. (06)
Dosage par mesure de la dureté de l’eau
Cette dureté peut se mesurer rapidement avec des bandelettes test (voir kit pour
analyse de l’eau d’un aquarium). On utilise alors une unité allemande, le °GH, telle
que :
Les alcalinoterreux présents dans l’eau sont amenés à former un complexe du type
chélate par le sel disodique de l’acide éthylénediamine tétracétique à pH=10. La disparition des
dernières traces d’éléments libres à doser est décelée par le virage de l’indicateur spécifique,
doser avec EDTA jusqu’au virage de violet au bleu. En milieux convenablement tamponné
pour empêcher la précipitation du magnésium, la méthode permet de doser la somme des ions
calcium et magnésium.
2) L’EDTA est un tétra acide faible, noté H4Y : donner les différentes formes acidobasiques
que l’on peut rencontrer.
H4Y/ H3Y- H3Y-/H2Y2- H2Y2- /HY3- HY3-/Y4-
3) On étudie l’eau minérale de Lalla Khedidja pour laquelle on lit sur l’étiquette : « Ca2+ : 53
mg/L et Mg2+ : 7 mg/L ». Si on en croit l’étiquette, quelle est la dureté de cette eau ? En
déduire le degré hydrotimétrique et la qualité de cette eau minérale.
[Ca2+]= 53 .10-3/40 =1,325.10-3 mol/L
[Mg2+]= 7 .10-3/24 =0,291.10-3 mol/L
Dureté = [n (Ca2+) + n (Mg2+)]/L = 1,616 .10-3mol/L
1° TH = 10-4 mol/L.
° TH = ([Ca2+] + [Mg2+]) /10-4 = 1,616.10-3/ 10-4 = 16,16
L’eau est de qualité demi-dure, très proche de l’eau douce car pour une eau demi-dure :
15 TH 25
4) Estimer, grâce aux indications sur l'étiquette de la bouteille, le volume de solution titrante à
verser lors du dosage de 50 mL d’eau minérale.
C1V1 =C2V2eq => V2eq = C1V1 / C2 =1,616 .10-3. 50 / 0.02 = 4.04 mL
5) Donner la valeur du volume d’équivalence (moyenne des trois essais) pour doser l’eau
minérale et calculer la concentration globale en ions Mg2+ et Ca2+ de cette eau. Quel est le
pourcentage d’écart relatif ?
l’eau minérale : Veq = 3,9 mL
C1V1 =C2V2eq => C1 = C2V2eq / V1= 0,02 . 3,9 / 50 = 1,56. 10-3 mol/L = [Ca2+] + [Mg2+]
L’écart relatif = [|1.56 – 1.616| / 1,616 ] . 100 = 3.46 %
6) Donner la valeur du volume d’équivalence (moyenne des trois essais) pour doser l’eau du
robinet et calculer la concentration globale en ions Mg2+ et Ca2+ de cette eau.
Pour l’eau du robinet : Veq = 10 mL
C1V1 =C2V2eq => C1 = C2V2eq / V1= 0,02 . 10 / 50 = 4.10-3 mol/L = [Ca2+] + [Mg2+]
7) En déduire le degré hydrotimétrique et la qualité de l’eau du robinet.
° TH = ([Ca2+] + [Mg2+]) /10-4 = 4.10-3/ 10-4 = 40
L’eau est de qualité dure car le ° TH est au-delà de 25
8) Qu’est-ce qu’une solution tampon ?
Une solution tampon est une solution dont le pH ne varie pas ou peu lors d'un ajout d'un
acide ou d'une base, ou lors d'une dilution.
TP. (07)
Modèles moléculaires assistés par ordinateur
1. Objectif
Une molécule est constituée d'atomes liés entre eux.
Plus qu'un simple jeu, le modèle moléculaire porte bien son nom: il modélise les molécules à
l'aide de boule (les atomes) et de bâtons (les liaisons).
Il permet de mieux visualiser des molécules, il permet aussi de pratiquer une démarche
expérimentale pour :
Connaître le nombre de liaisons formées par les atomes courants ;
Représenter les formules développées et semi-développées correspondant à des modèles
moléculaires ;
Savoir qu'à une formule brute peuvent correspondre plusieurs formules semi-
développées ;
Repérer la présence d'un groupe caractéristique dans une formule développée.
Utilisation du logiciel chemsk12 pour visualiser les molécules en 3D
Les molécules sont des assemblages de plusieurs atomes (par exemple deux dans le cas du
dihydrogène, 21 pour l'aspirine ou plusieurs milliers ou dizaines de milliers pour l'ADN ou les
polymères).
En chimie, on modélise cet assemblage par des liaisons qui relient les atomes entre eux.
2,3,4,5,6-pentahydroxyhexanal
2.3. Formule semi-développée
En général, afin de simplifier l'écriture des formules développées, on ne représente pas les
liaisons avec les atomes d'hydrogène, on indique simplement le nombre d'atomes d'hydrogène
en indice à droite du symbole H. Cette notation est appelée la formule semi-développée.
Par exemple :
Dans les modèles moléculaires, les liaisons sont représentées par des bâtonnets et les atomes
par des sphères de tailles et de couleurs différentes (C en noir, H en blanc, O en rouge, N en
bleu…).
Pour rendre compte de la géométrie d’une molécule, les chimistes utilisent la représentation de
Cram.
La représentation de Cram d’une molécule obéit aux règles suivantes :
Les liaisons situées dans le plan de la feuille sont dessinées en traits pleins :
Les liaisons situées en avant du plan de la feuille sont dessinées en traits épaissis :
Les liaisons en arrière du plan de la feuille sont dessinées en pointillés
Exemple : Représentation de la molécule de méthane
C
H H
4. Logiciel chemsk12
Un éditeur de molécules permet de construire des modèles moléculaires, de les visualiser en
3D, de les faire tourner pour mieux appréhender leur géométrie.
En utilisant le logiciel «chemsk12» on peut visualiser les modèles moléculaires des molécules
du document.
L’icône 1 permet de charger des molécules au format *.MOL. On utilisera ici le format
*.S3D accessible par le menu FILE, OPEN.
Les icônes 2 à 8 sélectionnent le type de modèle choisi. Le modèle de l’icône 4 est
recommandé. On peut augmenter ou réduire la taille des atomes sans changer la taille
de la molécule avec les icônes 9 et 10.
L’icône 11 permet de mesurer la distance entre deux atomes (cliquer successivement
sur les deux atomes et lire la réponse dans la barre inférieure. Attention, dans le logiciel
les longueurs sont données dans une vieille unité illégale : l’angstroem. Veiller à les
convertir dans l’unité du système international appropriée. (1 Å = 10−10 m).
L’icône 12 permet de mesurer l’angle formé par trois atomes : cliquer successivement
sur les trois atomes.
L’icône 16 produit une rotation automatique. Sans cette option, on peut toujours faire
tourner la molécule avec la souris.
HH O H H
H
O
HH O S O
H
H O
H H H
b) Copier en 3D.
H H
H
H H
H
H H H
H
H H
TP. (08)
Gaz Parfait (H2) :
Réaction entre le magnésium et l’acide chlorhydrique
1. But
2. Généralités
Un gaz parfait est un fluide idéal qui satisfait à l’équation d’état PV= n RT, ou encore c’est un
gaz qui obéit rigoureusement aux trois lois. MARIOTTE, GAY .LUSSAC et CHARLES.
Dans ce chapitre, on désigne par V le volume d’une unité de masse (U.D.M) de gaz parfait et
par Vm le volume molaire d’un gaz parfait avec :
3. Réaction
4. Etude préliminaire
Tableau d’avancement :
L’avancement de la réaction est une grandeur notée x, exprimée en mol, qui permet de décrire
l’évolution d’un système chimique en cours de transformation.
x est une quantité de matière de réactif ayant réagi.
L’état final est atteint pour un avancement maximal noté xmax . On suppose dans cette étude
que tout le magnésium va réagir (si ce n'est pas le cas, il faudra reprendre le raisonnement).
Etat Initial
En cours de
transformation
Etat Final
c. Calculer alors la quantité de matière de dihydrogène attendue en fin de réaction (nfthéo. (H2)).
Vous disposez d'un erlenmeyer dans lequel vous introduirez les réactifs, cet erlenmeyer est
muni d'un bouchon sur lequel est placé un tube à dégagement.
L’erlenmeyer est placé sur un support élévateur ; le cristallisoir l’est également afin de faciliter
le positionnement du tube à dégagement dans l’éprouvette.
Introduire dans l'erlenmeyer 50 mL d'acide chlorhydrique.
Reprendre le morceau de 5cm du ruban de magnésium, le placer dans l'erlenmeyer et
reboucher tout de suite.
Maintenir le bouchon en place tout au long de la réaction.
Une fois la réaction terminée, noter le volume de gaz présent dans l’éprouvette.
Le gaz résultant de la manipulation est alors envoyé dans l’éprouvette graduée remplie d’eau,
retournée au-dessus du cristallisoir contenant de l’eau également (ou plus simplement on dit
qu’on recueille le gaz par déplacement d’eau ; voir le schéma du Dispositif expérimental au-
dessous.
Nous supposerons que le gaz présent dans l’éprouvette est à la même température que l’eau du
cristallisoir et à la pression atmosphérique lue sur le baromètre du laboratoire.
Dispositif expérimental
c. Quelle est la quantité de matière de dihydrogène attendue en fin de réaction (nfthéo. (H2)).
D’après le tableau nthéo. (H2)= xmax=2,14.10-3mol.
f). Déduire de vos différentes mesures la quantité de matière de dihydrogène que la réaction a
formé (nfexp(H2)).
TP. (09)
Mesures Calorimétriques
La quantité d'eau (de masse μ et capacité calorifique massique Ce), équivalente thermiquement
au calorimètre et ses accessoires est : μ = Ccal /Ce en (g).
NB: Ceau = 4,185 J. K-1.g-1 (1 cal. K-1.g-1) à température ambiante.
2.2.2. Afin de Déterminer la capacité calorifique d'un métal (solide), nous allons utiliser le
même calorimètre qui contient une masse d’eau à la température T1.
(Ccal + meau Ceau) (Teq –T1) + mmétal Cmétal (Teq - T métal) = 0
Cmétal = -[( Ccal + meau Ceau) (Teq –T1)] / mmétal (Teq - T métal) (3)
L’inconnue Cmétal (en J/ g.K ou en cal.g-1.K-1) est la capacité thermique massique du solide.
2.2.3. Afin de Déterminer L'enthalpie de neutralisation de NaOH(aq) par HCl(aq) nous allons
utiliser toujours le même calorimètre. La chaleur dégagée par la réaction de quantités bien
déterminées de NaOH(aq) et HCl(aq) est obtenue au moyen de la formule :
Q neut + Q HCl + Q NaOH + Q calorimètre= 0
En supposant que la capacité calorifique d’une solution de HCl et celle d’une solution de
NaOH soient égales à celle de l’eau, on peut écrire :
QHCl = m HCl Ceau (Tneut – THCl)
QNaOH = m NaOH Ceau (Tneut – TNaOH)
Qcal = Ccal (Tneut – THCl)
Donc
Qneut = - m HCl Ceau (Tneut – THCl) - m NaOH Ceau (Tneut – TNaOH) - Ccal (Tneut – THCl) (4)
3. Partie expérimentale
3.1. Matériels utilisés : Cristallisoir ; bec bunsen pour chauffer ; calorimètre, 02 thermomètres
de précision, 02 fioles jaugées 100 mL ; cylindre métallique (cuivre, acier, Al, ou plomb...)
d’une masse de 100 g, 02 éprouvettes graduées 100 mL, support burette, 02 Bechers (500 ml) ;
spatule ; balance électrique ; Thermocouple ; solution de NaOH (1N) ; solution de HCl (1N)
Etablir la valeur moyenne CCal .moy= 50,19 J.K-1 (On utilisera cette valeur dans la suite du TP)
400 122.6 20 80 24
Sources d’erreur :
- Le calorimètre imparfait (enceinte pas tout à fait adiabatique);
- la précision des volumes d’eau prélevés à l’éprouvette graduée et donc la précision des
masses correspondante;
- les échanges de chaleur entre l’aluminium et l’air ambiant : le temps pour transporter
l’aluminium et le mettre dans le calorimètre (entrainant une perte de chaleur) ;
- la lecture de la température sur le thermomètre (stabilisation de la température) ;
- La pureté du métal ;
- Remarque : la mesure de la masse de l’aluminium avec la balance est assez précise.
Travaux Pratiques de Chimie Générale (Génie Industriel) 58
Mesures Calorimétriques
TP 09
51,8 52 20 20 26
e) Comparer la valeur de ΔHneutralisation que vous avez mesuré avec celles de la littérature.
Valeur théorique = - 57 KJ.mole-1
L’écart est plausible, compte tenu des nombreuses sources d’erreurs possibles.
TP. (10)
Détermination de la chaleur latente
de fusion de la glace « Lf »
1. But
Déterminer la chaleur latente de fusion de la glace.
2. Généralités
Comme la glace, toute substance pure fond (c’est-à-dire passe de l’état solide à l’état liquide) à
une température qui lui est propre : sa température de fusion, notée θF. Nous avons vu qu’un
apport de chaleur peut augmenter la température d’un corps. Cependant, si le corps se trouve à
sa température de fusion, un apport de chaleur ne va plus augmenter sa température, mais toute
la chaleur reçue sera utilisée pour changer le corps de l’état solide à l’état liquide.
La chaleur latente est la chaleur δQ échangée avec le milieu extérieur lors d’un changement
d’état : solidification, fusion, évaporation… Elle est notée L.
Lorsqu’elle est exprimée pour 1 Kg de matière, c’est la chaleur latente massique, lorsqu’elle
est pour 1 mole, c’est la chaleur latente molaire.
∆H = mL avec L en J/kg
∆H = nL avec L en J/mol
Pour qu’il y ait fusion de la glace, il faut qu’elle reçoive de la chaleur d’où le signe positif. La
chaleur latente de la solidification a la même valeur numérique mais avec un signe négatif.
3. Matériel
Le matériel utilisé dans cette seconde partie :
4. Modes opératoires
Mesurer Ta, la température ambiante de la salle
Noter la température Tg de petits glaçons non mouillés (placés sur une éponge ou du
papier absorbant) et les mettre un par un dans l’eau du calorimètre en agitant
continuellement et en surveillant la température de l’eau.
mglace. Cglace (273 – Tglace) + mglace.L + mglace .Cglace (Teq – Tglace) +(meau. Ceau+ Ccal )(Teq – Ti)=0
Lf = -[mglace. Cglace (273–Tglace) + mglace .Cglace (Teq–Tglace) +(meau. Ceau+ Ccal )(Teq–Ti)] / mglace
A.N.
8. http://ww3.ac-poitiers.fr/sc_phys/tournier/secondes/chimie/verrerie/verrerie.htm
9. http://www.ostralo.net/materieldelabo/pages/bouchons.htm
10. http://chimie.wifeo.com
12. Mini Manuel de Chimie générale - Chimie des Solutions. Elisabeth Bardez.
Dunod. 2008.