Chimie: Banque D'Epreuves G2E
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3.4.1. Pourquoi un grand volume deau distille est-il initialement ajout dans le bcher ?
Quelles autres mthodes pourrait-on utiliser ?
3.4.2. Justifier lallure de la courbe de conductimtrie et exprimer les coefficients directeurs
des segments de droite en fonction des conductivits molaires ioniques dilution infinie
donnes en annexe (I).
0
3.4.3. A partir des courbes, dterminer le volume quivalent de la solution B. Quelle mthode
vous semble la plus judicieuse ? Justifier votre rponse.
3.4.4. Donner la concentration des ions ammonium de la solution A en mol.L
-1
et justifier la
valeur du pH
i
=5,6 pour V
b
= 0 mL.
3.4.5. Donner le pourcentage du produit commercial en ions ammonium, en nitrate
dammonium puis en lment azote ou azote total.
3/8
4. DETERMINATION DE LA TENEUR EN AZOTE SOUS FORME DIONS
NITRATE DUN ENGRAIS AMMONITRATE.
Dans cette mthode, lion nitrate est rduit en monoxyde dazote, bullition, en milieu acide
sulfurique, par une solution dions fer(II) de concentration 0,195 mol.L
-1
(solution C). Lexcs dions
fer(II) est dos en retour par une solution de bichromate de potassium exactement
60
1
mol.L
-1
, en
prsence dun indicateur de fin de raction, la ferrone.
4.1. Questions prliminaires.
4.1.1. Donner les formules de Lewis et les gomtries V.S.E.P.R de la molcule dacide
sulfurique H
2
SO
4
ou (HO)
2
SO
2
et de lion bichromate sachant que pour ce
dernier, un atome doxygne est li deux atomes de chrome.
2
7 2
O Cr
4.1.2. La solution C initialement 0,200 mol.L
-1
a t titre juste avant son utilisation.
Pourquoi ? Voir les donnes en annexe (I).
4.1.3. La solution dions fer(II) initiale a t prpare partir de sel de Mohr de formule
FeSO
4
,(NH
4
)
2
SO
4
,6H
2
O et de masse molaire 392,11 g.mol
-1
.
Quelle masse de sel de Mohr doit-on peser pour prparer 200 mL de solution C ?
Pourquoi utilise-t-on le sel de Mohr plutt que le sulfate de fer(II) de formule
FeSO
4
,7H
2
O ?
4.2. Dosage des ions nitrate de la solution A.
On ralise le protocole exprimental suivant. On place dans un erlenmeyer :
- 10 mL de la solution A,
- 20 mL de la solution C,
- 20 mL dacide sulfurique concentr.
Lensemble est port bullition pendant 5 minutes puis est refroidi la temprature
ambiante. On additionne alors 50 mL deau distille et 10 gouttes dindicateur de fin de raction.
Lexcs dions fer(II) est dos par la solution de bichromate de potassium exactement
60
1
mol.L
-1
jusquau virage de la coloration rouge la coloration bleue. Plusieurs dosages concordants ont
donn un volume moyen de la solution bichromate de potassium V
1
= 16,56 mL.
4.2.1. Quappelle-t-on dosages concordants ?
4.2.2. Comment peut-on voir que les ions fer(II) sont bien en excs ?
4.2.3. Ecrire les quations de la rduction des ions nitrate dune part et des ions bichromate
dautre part par les ions fer(II) en milieu acide.
4.2.4. Ecrire le bilan du dosage en terme dlectrons changs entre le rducteur et les deux
oxydants.
4.2.5. En dduire la concentration de la solution A en ions nitrate en mol.L
-1
. Ce rsultat est-il
cohrent avec le rsultat obtenu au 3.4.5. ? Justifier.
4.2.6. Dterminer le pourcentage de llment azote sous forme dions nitrate dans le produit
commercial. Quel est le pourcentage de llment azote sous toutes ses formes dans
lengrais ammonitrate ?
5. DETERMINATION DE LA TENEUR TOTALE EN AZOTE DUN ENGRAIS
AMMONITRATE PAR LA METHODE DE DEWARDA.
Le support inerte des ammonitrates ne fausse pas le dosage de lazote nitrique mais est
susceptible de fausser le dosage de lazote ammoniacal. Pour contourner cette difficult, la teneur
totale en azote est dtermine par la mthode de Dewarda. Les ions nitrate sont rduits ltat
dammoniac, en milieu basique et chaud, par lalliage de Dewarda ( 45% Al, 5% Zn, 50% Cu ).
Lammoniac form se dgage dans un excs de solution dacide sulfurique et lexcs dacide
sulfurique est dos par une solution dhydroxyde de sodium.
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5.1. Questions prliminaires sur lalliage de Dewarda. Dans cet alliage, seul llment Al est actif.
5.1.1. Donner la configuration lectronique de llment Al. Pourquoi laluminium existe-t-il
essentiellement au degr doxydation (+ III) ?
5.1.2. Llment Al au degr doxydation (+ III) peut exister sous les formes Al
3+
, Al(OH)
3
(s)
et . Comment qualifie-t-on lhydroxyde daluminium ? Donner le nom de lion
complexe .
) OH ( Al
4
Al ) OH (
4
5.1.3. Indiquer sur le diagramme potentiel-pH de laluminium donn en annexe (III) , les
espces qui prdominent dans les domaines 1, 2, 3 et 4. Ce diagramme a t trac
pour une concentration globale daluminium dissous gale 10
-2
mol.L
-1
.
5.1.4. Dterminer les valeurs pH
1
et pH
2
du pH telles que respectivement :
- Le prcipit dhydroxyde daluminium apparaisse.
- Le prcipit dhydroxyde daluminium disparaisse.
5.1.5. Exprimer la solubilit s de Al(OH)
3
en fonction de [H
3
O
+
] = h dans le domaine [pH
1
;
pH
2
].
5.1.6. Dterminer la valeur du pH lorsque la solubilit est minimale, et la valeur de la solubilit
correspondante.
5.1.7. Etablir les quations des segments de droites AB, BC et CD du diagramme potentiel-pH
de laluminium.
5.1.8. Le mtal Al est-il plus ou moins rducteur en milieu acide ou en milieu basique ?
5.2. Dtermination de la teneur totale en lment azote de lengrais ammonitrate.
Le protocole exprimental suivant est ralis : dans un ballon bicol, sont introduits 10 mL de la
solution A dammonitrate, 5 g dalliage de Dewarda et 200 mL deau distille. Avec une
ampoule de coule, sous agitation, un volume de 25 mL dune solution concentre dhydroxyde
de sodium est vers. Lalliage ragit pendant 30 min temprature ambiante, puis le mlange
est port 60 C pendant 30 min. Lammoniac form se dgage, grce un dispositif adapt,
dans 50 mL dune solution dacide sulfurique 5,00.10
-2
mol.L
-1
. Enfin, le mlange est port
bullition pour rcuprer tout lammoniac form.
Lexcs dacide sulfurique est dos en retour par la solution B dhydroxyde de sodium de
concentration exacte gale 0,096 mol.L
-1
en prsence dun indicateur de fin de raction. Le
volume de la solution B lquivalence est V
2
= 36,50 mL, moyenne de plusieurs dosages
concordants.
5.2.1. Ecrire lquation de la rduction des ions nitrate en ammoniac par laluminium, en milieu
basique. Quadvient-il des ions ammonium dans ce milieu ?
5.2.2. Ecrire lquation de la raction entre lacide sulfurique et lammoniac.
5.2.3. Ecrire le bilan du dosage en terme dions H
+
changs entre lacide et les deux bases.
5.2.4. En dduire la quantit de matire dammoniac form au cours de lexprience
prcdente.
En dduire le pourcentage de llment azote sous toutes ses formes dans lammonitrate
tudi. Ce rsultat est-il en accord avec ceux trouvs prcdemment ?
FIN DU TEXTE
5/8
ANNEXE (I)
Numros atomiques Z.
lment H N O Al S Cr
Z 1 7 8 13 16 24
Masses molaires en g.mol
-1
: H : 1 ; N : 14 ; O : 16.
Potentiels standard doxydorduction pH = 0 et 298 K :
Fe
3+
/ Fe
2+
E
0
= 0,77 V ( en milieu acide sulfurique )
2
7 2
O Cr / Cr
3+
E
0
= 1,33 V
NO
3
/ NO E
0
= 0,96 V
O
2
/ H
2
O E
0
= 1,23 V
Al
3+
/ Al(s) E
0
= - 1,66 V
/ NH
NO
3 3
E
0
= - 0,12 V pH = 14
Hg
2
Cl
2
(s) / Hg(l) E
O
= 0,27 V
AgCl(s) / Ag(s) E
O
= 0,22 V
Conductivits molaires ioniques dilution infinie en mS.m
0
2
.mol
-1
298 K.
ion
NH
+
4
Na
+
HO
-
NO
3
o
7,34 5,01 19,32 7,14
Quelques constantes thermodynamiques 298 K.
/ NH
NH
+
4 3
: pKa = 9,2
Al(OH)
3
(s) : pKs = 32,0
[Al(OH)
4
]
-
: log = 34,0
4
Quelques donnes thermodynamiques 298 K.
H
2
(g) N
2
(g) NH
3
(g)
( )
1 0
mol . kJ H f
0 0 - 46,11
) K . mol . J ( S
1 1 0
130,68 191,61 192,45
) mol . K . J ( Cp
1 1 0
28,82 29,12 35,06
n
F
T R
l
.
(10) = 0,06 V 298 K. R = 8,314 J.K
-1
.mol
-1
.
6/8
ANNEXE (II)
Dosages pH-mtrique et conductimtrique de la solution dammonitrates
Courbes pH = (V
b
) et = (V
b
)
mS/cm
(mL) Vb
2 4 6 8 10 12 14
pH
2
4
6
8
10
12
14
0.5
1
1.5
2
2.5
7/8
8/8
ANNEXE (III)
DIAGRAMME POTENTIEL-pH de lALUMINIUM.
Pour une concentration totale en aluminium dissous gale 10
-2
mol.L
-1
.
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
pH
E
(V)
0,8
0,6
0,4
0,2
0
-0,2
-0,4
-0,6
-0,8
-1,0
-1,2
-1,4
-1,6
-1,8
-2,0
-2,2
-2,4
-2,6
-2,8
I II III
IV
A
B
C
D