Dosage des ions Fe²⁺ par spectrophotométrie (bac 2002 Guadeloupe) énoncé

Q1

a) L’équation suivante est une réaction d’oxydoréduction :

2 Fe³⁺_(aq) + Zn_(s) = 2 Fe²⁺_(aq) + Zn²⁺_(aq)

En effet elle correspond a la somme de 2 demi-réactions au cours desquelles il y a un transfert d’électrons.

Par exemple, au cours de cette réaction, le réducteur métal zinc (Zn) perd 2 électrons pour donner son oxydant conjugué l’ion zinc II (Zn²⁺).

b) ½ réaction de réduction (gain d’électrons) :

x2 ( Fe³⁺_(aq) + 1 e^- = Fe²⁺_(aq) )

½ réaction d’oxydation (perte d’électron)

Zn_(s) = Zn²⁺_(aq) + 2 e-

Q2

a) Données : masse molaire du sel de Mohr M = 392,1 g.mol^-1 ; masse du sel de Mohr m = 0,20 g

Quantité de matière de sel de Mohr mise en solution :

b) Données : n = 5,1 x 10^-4 mol V = 500 mL = 0,5 L

Concentration molaire :

Le sel de Mohr se dissous suivant l’équation suivante :

FeSO₄,(NH₄)₂SO₄,6 H₂O_(s) = Fe²⁺_aq + 2SO₄^2-_aq + 2NH₄⁺_aq + 6 H₂O

En considérant la dissolution totale une mole de sel de Mohr va fournir une mole d’ion Fe²⁺ : n = n (Fe²⁺) par conséquent :

Q3

a) Au cours d’une dilution on ne fait que rajouter de l’eau : la quantité de matière d’ion Fe²⁺ ne varie pas.

b) Au cours de la dilution le nombre de mole d’ions Fe²⁺ prélevé dans la solution mère (C. v_i) est égal au nombre de mole d’ions Fe²⁺ présent dans la solution fille ( [Fe²⁺] . (V + V_o) ) :

(ne pas oublier le volume V_o = 10 mL de solution d’orthophénantroline)

C.v_i = [Fe²⁺]. (V + Vo)

c) Dans ce type de question, n’expliquer qu’une fois le raisonnement.

Bêcher 1 : v_i = 5 mL ; V = 50 mL ; V_o = 10 mL ; C = 1,0 x 10^-3 mol.L^-1

Remarque : on peut laisser les volumes en mL (un rapport de même unité est sans unité)

On obtient le tableau de résultat suivant :

bécher	1	2	3	4
vi(mL)	5,0	2,5	1,0	0,5
[Fe^2+] (mol.L^-1)	8,3x10^-5	4,2x10^-5	1,7x10^-5	0.83x10^-5

Q4

a) Sur le graphe on constate que la relation A = f ([Fe²⁺] ) est représentée par une droite passant par l’origine. Par conséquent l’absorbance A est proportionnelle à la concentration en ions Fe²⁺ :

A = k.[Fe²⁺]

b) Pour calculer le coefficient directeur de la droite il suffit de prendre 2

points M_o et M₁ et de déterminer leurs coordonnées :

M₁

M_O ( [Fe²⁺]_o = 0 ; A_o = 0)

M₁ ( [Fe²⁺]₁ = 5,0 x 10^-5 mol.L^-1 ; A₁ = 0,42)

Le coefficient directeur est égal à :

M_o

Q5

a) Pourquoi respecter les volumes de 50 mL de S_x et 10 mL d’orthophénantroline ?

Pour se trouver dans les mêmes conditions que celle permettant d’obtenir

la courbe d’étalonnage ( on prélevait 50 mL de chaque solution auquel on ajoutait 10 mL de solution d’orthophénantroline).

b) A l’aide de la courbe d’étalonnage et de la valeur de l’absorbance

A = 0,6, on détermine graphiquement la valeur de la concentration en ion

Fe²⁺ de la solution mystérieuse S_x:

[Fe²⁺]_x = 7,2 x 10^-5 mol.L^-1

c) Pour voir la correction vidéo clique ici.

Quantité de matière d’ion Fe²⁺ dans V = 50 mL de solution :

n(Fe²⁺) = [Fe²⁺].V = 7,2 x 10^-5 x 50 x 10^-3 = 3,6 x 10^-6 mol

Par conséquent pour les 200 mL de solution la quantité de matière d’ions Fe²⁺ est 4 fois plus importante :

n ( Fe²⁺) = 4 x 3,6 x 10^-6 = 1,44 x 10^-5 mol

Dans une mole d’oxyde de fer Fe₂O₃ il y a 2 moles d’ion Fe²⁺ par conséquent :

La masse d’oxyde de fer présente dans l’échantillon est :

m(Fe₂O₃) = n(Fe₂O₃) . M(Fe₂O₃) = 7,22x10^-6 x 160 = 1,15 x 10^-3 g