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Physique-Chimie 1re

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30
Dosage de l’eau de Javel

APP : Extraire l’information utile sur supports variés

L’eau de Javel est une solution oxydante utilisée comme désinfectant et comme décolorant. Selon l’emploi désiré, il est important de connaître sa concentration.

Pour vérifier l’indication portée sur une bouteille commerciale d’eau de Javel, 12 °chl (12 degrés chlorométriques), on procède à une expérience.

Principe de la manipulation :
  • on ajoute un excès d’ions iodure à un volume connu de solution d’eau de Javel ;
  • en milieu acide (concentré en H+\text{H}^{+}), les ions hypochlorite ClO(aq)\text{ClO}^{-}(\text{aq}) oxydent les ions iodure I(aq)\text{I}^{-}(\text{aq}) ;
  • l’équation de la réaction est :

    ClO(aq)+2I(aq)+2H+(aq)\mathrm{ClO}^{-}(\mathrm{aq})+2\, \mathrm{I}^{-}(\mathrm{aq})+2\, \mathrm{H}^{+}(\mathrm{aq}) \rightarrow H2O(l)+I2(aq)+Cl(aq)(1)\mathrm{H}_{2} \mathrm{O}(\mathrm{l})+\mathrm{I}_{2}(\mathrm{aq})+\mathrm{Cl}^{-}(\mathrm{aq})(1)

On considérera cette réaction comme totale. Le diiode formé appartenant au couple I2(aq)/I(aq)\mathrm{I}_{2}(\mathrm{aq}) / \mathrm{I}^{-}(\mathrm{aq}) est quantifié en le faisant réagir avec les ions thiosulfate, réducteurs du couple S4O62(aq)/S2O32(aq)\mathrm{S}_{4} \mathrm{O}_{6}^{2-}(\mathrm{aq}) / \mathrm{S}_{2} \mathrm{O}_{3}^{2-}(\mathrm{aq}). On en déduit alors la quantité d’ions hypochlorite puis le degré chlorométrique.

D’après le sujet Bac S, 2003.


I. Réaction entre les ions hypochlorite et les ions iodure

1. L’eau de Javel commerciale étant trop concentrée, il faut d’abord effectuer une dilution au dixième pour obtenir 50,0 mL de solution diluée S. Décrire une méthode qui permet d’effectuer cette dilution. Préciser la verrerie nécessaire (noms et volumes).


2. Dans un erlenmeyer (noté E), on introduit dans cet ordre : V=V = 10,0 mL de solution S puis V=V' = 20,0 mL de la solution d’iodure de potassium (K+(aq)+I(aq))(\mathrm{K}^{+}(\mathrm{aq})+\mathrm{I}^{-}(\mathrm{aq})). Indiquer la verrerie à utiliser.


II. Détermination de la concentration en eau de Javel

Détermination de la concentration en eau de Javel

Montage pour dosage.


Procédure : À l’aide d’une burette, on verse peu à peu, dans l’erlenmeyer E, une solution de thiosulfate de sodium de formule (2Na+(aq);S2O32(aq))(2\: \mathrm{Na}^{+}(\mathrm{aq})\: ;\: \mathrm{S}_{2} \mathrm{O}_{3}^{2-}(\mathrm{aq})) de concentration molaire apportée
c1=c_{1} = 0,10 mol·L–1. L’ajout se fait sous agitation à l’aide d’un agitateur magnétique. On ajoute une pointe de spatule d’empois d’amidon afin de mieux repérer le changement de couleur. Le volume de thiosulfate pour lequel le mélange dans l’erlenmeyer est décoloré totalement est :
V1E=V_{1\text{E}} = 10,0 mL.

1. Écrire l’équation de la réaction, qui sera notée (2), entre le diiode et les ions thiosulfate.


2. Justifier la décoloration progressive du mélange réactionnel.


3. Quel est le réactif limitant avant l’équivalence ? après l’équivalence ? à l’équivalence ?


4. Déduire des résultats de l’expérience la quantité de matière de diiode présente dans le mélange réactionnel. Cette quantité de matière correspond aussi à la quantité produite lors de la réaction (1).


5. Calculer la quantité de matière d’ions hypochlorite initialement présents dans le prélèvement de volume VV.


6. Déterminer la concentration en ions hypochlorite de la solution S, puis de la solution commerciale.


7. a. En utilisant l’équation de la réaction chimique donnée en doc. 1, calculer la quantité de matière de dichlore produite par un litre d’eau de Javel.


7. b. Le volume molaire d’un gaz parfait, dans les conditions de température et de pression citées dans le texte, vaut 22,4 L·mol–1. En déduire le degré chlorométrique de l’eau de Javel commerciale utilisée.



Doc. 1
Synthèse de l’eau de Javel

Charles Guillaume Scheele (1742-1786), pharmacien suédois, découvrit le dichlore au XVIIIe siècle. Ce gaz intervient dans la fabrication de l’eau de Javel ; qui doit son nom à un ancien village aujourd’hui compris dans un quartier de Paris.
C’est à Javel que Claude Louis Berthollet (1748-1822), directeur à la manufacture des Gobelins, fabriqua ce produit décolorant et désinfectant et l’employa en 1785 pour le blanchiment des toiles textiles. L’eau de Javel est obtenue par action du dichlore Cl2(g)\mathrm{Cl}_{2}(\mathrm{g}) sur l’hydroxyde de sodium ou soude et contient des ions Cl(aq)\mathrm{Cl}^{-}(\mathrm{aq}), ClO(aq)\mathrm{ClO}^{-}(\mathrm{aq}), Na+(aq)\mathrm{Na}^{+}(\mathrm{aq}) ainsi que de l’eau H2O(l)\mathrm{H}_{2} \mathrm{O}(\mathrm{l}).
C’est donc une solution aqueuse constituée entre autres d’ions chlorure Cl(aq)\mathrm{Cl}^{-}(\mathrm{aq}) et d’ions hypochlorite ClO(aq)\mathrm{ClO}^{-}(\mathrm{aq}). En milieu acide, l’eau de Javel subit une transformation complète représentée par la réaction d’équation :
ClO(aq)+Cl(aq)+2H+(aq)H2O(l)+Cl2(g).\mathrm{ClO}^{-}(\mathrm{aq})+\mathrm{Cl}^{-}(\mathrm{aq})+2\: \mathrm{H}^{+}(\mathrm{aq}) \rightarrow \mathrm{H}_{2} \mathrm{O}(\mathrm{l})+\mathrm{Cl}_{2}(\mathrm{g}).
Cette transformation permet de définir le degré chlorométrique. Celui-ci est égal au volume, exprimé en litres, de dichlore produit par un litre d’eau de Javel. Ce volume est mesuré à une température de 0 °C sous une pression de 1,013 bar.
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Réflexions expérimentales

RAI/ANA : Choisir un protocole

Le Destop est utilisé pour déboucher les canalisations, c’est essentiellement une solution aqueuse d’hydroxyde de sodium (Na+(aq);HO(aq))(\mathrm{Na}^{+}(\mathrm{aq}) \:;\: \mathrm{HO}^{-}(\mathrm{aq})). On souhaite effectuer un contrôle qualité d’une solution commerciale de Destop. Pour cela, on titre cette solution par de l’acide chlorhydrique.

1. La solution commerciale étant trop concentrée, on réalise une dilution au 100e. Concevoir le protocole de dilution en utilisant la verrerie du doc. 1.


2. Après obtention de la solution fille on réalise le titrage par une solution d’acide chlorhydrique. Choisir, en justifiant, le bon protocole.


3. Quelles sont les précautions à utiliser lors de cette manipulation ?


4. L’hélianthine est-il le meilleur indicateur coloré ? Justifier et proposer un autre indicateur si ce n’est pas le cas.


Données

  • Couples acido-basiques :
    H3O+(aq)/H2O(l)\mathrm{H}_{3} \mathrm{O}^{+}(\mathrm{aq}) / \mathrm{H}_{2} \mathrm{O}(\mathrm{l}) ;
    H2O(l)/HO(aq)\mathrm{H}_{2} \mathrm{O}(\mathrm{l}) / \mathrm{HO}^{-}(\mathrm{aq}) ;
  • Volume équivalent : VE=V_{\text{E}}= 11,2 mL ;
  • pH à l’équivalence : pHE=\mathrm{pH}_{\mathrm{E}}= 7.

Doc. 1
Matériel à disposition au laboratoire

  • Béchers gradués : 50 mL, 100 mL, 250 mL, 500 mL ;
  • Burettes graduées sur supports : 20 mL, 25 mL ;
  • Éprouvettes graduées : 100 mL, 250 mL ;
  • Pipettes graduées : 1,0 mL, 5,0 mL, 10 mL ;
  • Fioles jaugées : 50 mL, 100 mL, 150 mL, 200 mL, 250 mL ;
  • Pipettes jaugées : 10 mL, 20 mL, 25 mL.

Matériel divers : gants, lunettes, bouchons, propipette, etc.

Doc. 2
Protocole 1

  • Prélever 20,0 mL de la solution diluée à l’aide d’une pipette jaugée.
  • Verser dans un bécher de 100 mL.
  • Remplir la burette graduée de 25 mL avec la solution d’acide chlorhydrique de concentration égale à 0,10 mol·L-1.
  • Ajouter quelques gouttes d’indicateur coloré.
  • Effectuer le titrage millilitre par millilitre jusqu’au point d’équivalence.

Doc. 3
Protocole 2

  • Prélever 20,0 mL de la solution d’acide chlorhydrique à l’aide d’une éprouvette graduée.
  • Verser dans un bécher de 200 mL.
  • Ajouter quelques gouttes d’indicateur coloré.
  • Remplir la burette graduée de 25 mL avec la solution diluée de concentration égale à 0,10 mol·L-1.
  • Effectuer le titrage jusqu’au point d’équivalence.

Doc. 4
Caractéristiques de différents indicateurs colorés

Indicateur coloré
Couleur de l’acide
Zone de virage
Couleur de la base
Hélianthine
Rouge
3,2 - 4,4
Jaune
Rouge de méthyle
Rouge
4,4 - 6,2
Jaune
Bleu de bromothymol
Jaune
6,0 - 7,6
Bleu
Phénolphtaléïne
Incolore
8,2 - 9,8
Rouge
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Méthode de Mohr

RAI/ANA : Construire un raisonnement


Le dosage des ions chlorure par la méthode de Mohr est une méthode de titrage des ions chlorure par suivi colorimétrique. On titre les ions chlorure Cl\text{Cl}^{-} par les ions argent Ag+\mathrm{Ag}^{+} en présence d’ions chromate CrO42(aq)\mathrm{CrO}_{4}^{2-}(\mathrm{aq}). En présence d’ions argent Ag+\mathrm{Ag}^{+} en solution aqueuse les ions chromates forment un précipité rouge. Libres en solution aqueuses, les ions chromates sont jaune clair.

Les ions chromates

L’équation support de la réaction de titrage est :
Ag+(aq)+Cl(aq)AgCl(s).\mathrm{Ag}^{+}(\mathrm{aq})+\mathrm{Cl}^{-}(\mathrm{aq}) \rightarrow \mathrm{AgCl}(\mathrm{s}).
On titre 20 mL de sérum physiologique (solution aqueuse de NaCl\mathrm{NaCl} à 3 g/L) par une solution de nitrate d’argent (Ag+(aq);NO3(aq))(\mathrm{Ag}^{+}(\mathrm{aq}) ; \mathrm{NO}_{3}^{-}(\mathrm{aq})) à 1,0 ×\times 10-1 mol·L-1. On ajoute quelques millilitres de chromate de potassium K2CrO4.\mathrm{K}_{2} \mathrm{CrO}_{4}. On note VEV_{\text{E}} le volume équivalent.

1. Construire le tableau d’avancement avant l’équivalence et faire le bilan des espèces chimiques présentes dans la solution.
Couleurs
Formes
Dessinez ici




2. Construire le tableau d’avancement après l’équivalence et faire le bilan des espèces chimiques présentes dans la solution.
Couleurs
Formes
Dessinez ici




3. Expliquer la manière dont on repère l’équivalence dans la méthode de Mohr.


4. La concentration des ions Cl\text{Cl}^{-} correspond-elle bien à celle attendue ?


Données

  • M(NaCl)=M(\mathrm{NaCl})= 58,4 g·mol-1 ;
  • VE=V_{\text{E}}= 10,2 mL.
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