Contrôle de la qualité par dosage

ACTIVITES

A1 Sérum physiologique.

Le sérum physiologique est une solution pharmaceutique utilisée pour nettoyer le nez, les yeux, etc… Elle contient de l'eau et du chlorure de sodium. Le pourcentage indiqué est un pourcentage massique. L'objectif des manipulations suivantes est de vérifier cette valeur indiquée.

A10 Interprétation de la valeur indiquée.

• Interpréter cette valeur.

• Traduire cette valeur en concentration(s) molaire(s).

A11 Dosage par étalonnage.

A11a. Proposer un protocole pour préparer 5 solutions aux concentrations respectives

c₁ = 2,00.10^-3 ; c₂ = 4,00.10^-3; c₃ = 6,00.10^-3 ; c₄ = 8,00.10^-3; c₅ =  1,00.10^-2 mol.L^-1.

A11b. Une fois le protocole validé par l'enseignant, le mettre en œuvre.

A11c. Vérifier que le conductimètre affiche une valeur nulle pour une solution d'eau distillée.

A11d. Mesurer la conductance G de chaque solution étalon en commençant par celle à la concentration la plus basse. On veillera à bien rincer la sonde entre chaque mesure.

A11e.Représenter la conductance G en fonction de la concentration c. Proposer une interprétation mathématique de G en fonction de c.

A11f. Comment déterminer la concentration en chlorure de sodium de la solution pharmaceutique ?

A11g. Comment réaliser correctement cette mesure (comparer aux concentrations des solutions étalons) ?

A11h. Proposer et mettre en œuvre après validation.

A11i. Conclure quant à la valeur indiquée.

A12 Dosage par titrage conductimétrique.

On donne les valeurs suivantes :

A12a. Les ions chlorures Cl^- réagissent avec les ions argent Ag⁺ pour former un précipité de chlorure d'argent AgCl_(s). Ecrire le support de la réaction observée et dresser le tableau d'avancement correspondant.

A12b. Donner l'expression de la conductivité de la solution dans le bécher lors du dosage.

A12c. Considérant que le volume total de la solution titrée n'évolue pas (ou très peu) lors du titrage, prévoir l'évolution de la conductivité de la solution tout au long du titrage (au début, avant l'équivalence, à l'équivalence et après l'équivalence).

A12d. Préparer 100 mL de sérum physiologique dilué 10 fois.

A12e.Doser 100 mL de cette solution en versant la solution titrante mL par mL. Noter les valeurs obtenues et tracer les variations de la conductivité σ en fonction du volume v de solution titrante versée.

A12f. Représenter la courbe σ = f(v). Interpréter et valider les "prédictions" faites précédemment.

A12g. Déterminer alors la valeur cherchée et comparer à l'indication.

A2 Degré d'acidité dun vinaigre.

NB : On admet que le seul acide présent dans ce vinaigre est l’acide acétique (CH₃COOH).

        On suppose que la masse volumique du vinaigre est  : ρ = 1,0 g.mL^-1.

        La précision relative de la verrerie est de 0,5 %.

        L'incertitude sur d est : 

Indicateurs colorés à disposition :

phénolphtaléine
bleu de bromothymol
orange de méthyl

Masses molaires : M(C) = 12,0 g/mol ; M(H) = 1,00 g/mol ; M(O) = 16,0 g/mol.

Objectif : Vérifier l'indication affichée sur la bouteille de vinaigre.

A2a. Détailler le protocole à mettre en œuvre pour préparer 100 mL de vinaigre dilué 10 fois. Effectuer cette dilution après validation par l'enseignant (on notera V le volume à prélever).

A2b. Ecrire la réaction servant de support au dosage de V₀ = 10 mL du vinaigre dilué. Dresser le tableau d'avancement.

A2c. Détailler les manipulations à effectuer pour le dosage du vinaigre par la soude. Mettre en œuvre après validation.

A2d. Dosage rapide : effectuer un premier dosage (mL par mL) pour repérer le volume équivalent. En déduire l'indicateur coloré à choisir.

A2e. Dosage précis : reprendre le dosage, en diminuant le volume versé autour de l'équivalence. Tracer la courbe pH = f(v_b).

A2f.  Ajouter sur le graphique la courbe . En déduire le volume équivalent v_éq.

A2g.  Conclure quant à la valeur indiquée sur la bouteille.

· Déterminer l'intervalle de confiance dans lequel se trouve d.

TP disponible :

Mesures :

Valeurs (10.82 Ko)

A3 Le cuivre dans une pièce de monnaie.

Problème :

On souhaite déterminer la quantité de cuivre présent dans une pièce de 10 centimes d’euro de masse m = 4,1 g. Pour cela : tout un protocole expérimental est décrit ci-dessous.

Protocole :  ? On introduit la pièce dans un volume Va = 20 mL d’acide nitrique incolore de concentration ca = 10 mol/L : on observe un dégagement gazeux, la pièce est attaquée par l’acide et disparaît après quelques minutes. La réaction entre l’acide nitrique et le cuivre s’écrit : ? La solution obtenue est versée dans une fiole de 1L, complétée avec de l’eau. On note cette solution S. ? On mesure alors l’absorbance de la solution obtenue (doc1) ?Pour déterminer la quantité de cuivre, on effectue d’abord l’étalonnage d’une solution de sulfate de cuivre pentahydraté (CuSO4, 5H2O). On prépare alors V0 = 100 mL d’une solution S0 de sulfate de cuivre pentahydraté  à la concentration c0 = 1,0.10-1 mol/L. Les mesures sont reportées dans le tableau ci-dessous : Solution S0 S1 S2 S3 S4 Concentration (mol/L) 1,0.10-1 8,0.10-2 6,0.10-2 4,0.10-2 2,0.10-2 A 1,15 0,93 0,69 0,43 0,22   ? On mesure alors l’absorbance de la solution S préparée après dissolution de la pièce dans l'acide nitrique  : A = 0,64.

A31 Estimation.

A31a. Justifier de la couleur finale de la solution dans laquelle on a dissout la pièce.

A31b. A quelle espèce chimique est due cette couleur ?

A31c. A quelle longueur d’onde doit-on régler le spectrophotomètre pour mesurer l’absorbance d’une telle solution ?

A31d. Déterminer la masse de sulfate de cuivre pentahydraté à prélever pour préparer la solution S₀.

A31e. Tracer la courbe donnant l’absorbance A de la solution de sulfate de cuivre en fonction de la concentration c.

A31f. Commenter cette courbe.

A31g. Déterminer la relation donnant A en fonction de c.

A31h. En déduire la concentration en ions cuivre de la solution S.

A31i. Calculer la masse de cuivre contenue dans la pièce.

A31j. En déduire le pourcentage de cuivre dans la pièce.

A32 Vérification.

A32a.Déterminer les quantités de matières initiales.

A32b.Compléter le tableau d’avancement correspondant à la dissolution de la pièce.

Réaction :
Avancent	x = 0						Excès
	x						Excès
	x = xf						Excès

A32c. A l’aide de ce tableau, déterminer le réactif limitant.

A32d.Conclure quant à la valeur de pourcentage de cuivre obtenue précédemment.

A32e.Déterminer le volume d’oxyde d’azote NO_(g) dégagé lors de cette réaction.

COURS

C1 Dosages par étalonnage.

C11 Principe.

Le dosage par étalonnage est une méthode de comparaison :

- Une solution dont une espèce chimique doit être dosée est comparée à des solutions contenant la même espèce chimique mais à des concentrations connues. Ces solutions sont appelées solutions étalons, elles sont préparées par dilution.

- La comparaison porte sur une propriété physique caractéristique de l'espèce à doser (conductance, couleur, absorbance, etc).

C12 Spectrophotométrie.

L'absorbance A d'une solution colorée est proportionnelle à la concentration molaire c de l'espèce responsable de sa couleur (loi de Beer-lambert) :   A : absorbance sans unité c : concentration molaire en mol/L k : coefficient de proportionnalité en L/mol L'absorbance d'une solution est une grandeur additive : si sa couleur est due à plusieurs espèces chimiques, l'absorbance résultante est égale à la somme des absorbances de chaque espèce. NB : chaque coefficient ki est propre à l'espèce correspondante.

Solutions étalons de sulfate de cuivre. La couleur bleu/cyan est due aux ions cuivre II qui servent à étalonner le spectrophotomètre. La concentration à déterminer doit se situer dans la gamme des concentrations de ces solutions
	L'étalonnage permet de déterminer le coefficient de proportionnalité k (graphiquement ou par analyse de régression linéaire). En mesurant l'absorbance Af de la solution dont on cherche la concentration, on en déduit la concentration cherchée .

C13 Conductimétrie.

La conductivité se mesure à l'aide d'un conductimètre étalonné. Cet appareil permet aussi de mesurer la CONDUCTANCE G (en siemens), grandeur proportionnelle à la conductivité s : G = k×σ . Le coefficient k (en m) est propre à la cellule  de mesure du conductimètre. La concentration doit être exprimée en mol.m-3 si la conductivité molaire λ est en S.m2.mol-1.
	L'étalonnage permet de déterminer l'équation de G en fonction de c (graphiquement ou par analyse de régression linéaire). En mesurant la conductance Gf de la solution dont on cherche la concentration, on en déduit la concentration cherchée.

C2 Titrage direct.

C21 Principe.

· Un titrage direct est une méthode de détermination d'une quantité de matière ou d'une concentration inconnue qui met en jeu une réaction chimique appelée réaction support du titrage.

Cette réaction doit être totale, rapide et unique.

Un titrage nécessite :

• Une solution titrée qui contient le réactif dont on cherche à déterminer la concentration.
• Une solution titrante contenant l'autre réactif  de concentration connue.

· Une réaction chimique dont le réactif limitant est totalement consommé est dite quantitative. La réaction support d'un titrage doit être quantitative.

· Equivalence d'un titrage : c'est l'état final du système chimique pour lequel les réactifs ont été introduits dans les proportions stœchiométriques. Elle correspond aussi au changement de réactif limitant.

Le volume équivalent est le volume nécessaire de solution titrante pour atteindre les conditions stœchiométriques.

Pour la réaction  ,

A étant le réactif titré et B le titrant, à l'équivalence, on a :

C22 Repérage de l'équivalence.

C22a Par colorimétrie.

Lorsqu'un des réactifs de la réaction support est coloré, sa disparition totale sera repérée par la disparition de cette couleur, ou apparition d'une autre. On peut aussi ajouter dans le milieu réactionnel un indicateur coloré dont la couleur dépend de la présence ou non d'un des réactifs.

Ci-contre: Dosage de la soude par de l'acide chlorhydrique en présence de bleu de bromothymol. Avant l'équivalence, puis après l'équivalence.

C22b Par pH-métrie.

Lorsque la réaction support est une réaction acido-basique, on suit l'évolution du pH.

A l'équivalence, il y a un important saut du pH.

En pratique, l'équivalence se repère par :

La méthode des tangentes. On trace les tangentes aux maximums, puis la médiatrice de ces deux tangentes. Cette médiatrice coupe la courbe pH = f(v) au point d'équivalence.
La méthode de la dérivée. La fonction dérivée du pH,  est maximale au point d'équivalence

C22c Par conductimétrie.

Lorsque l'on suit un titrage par conductimétrie, la conductivité (ou de la conductance) varie en fonction des espèces ioniques présentes, selon le volume de titrant versé. On obtient alors deux demi-droites qui se coupent au point d'équivalence.

C22d Par combinaison de méthodes.

On combine souvent deux méthodes pour plus de précision :

• Titrage pH-métrique combiné à un indicateur coloré.
• Titrage pH-métrique combiné à un titrage conductimétrique.