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Bac Physique-Chimie

Amérique Nord 2

Dans cette vidéo, nous nous intéressons à l'analyse d'un pigment à base d'oxyde de fer. Un pigment est une espèce chimique colorante et insoluble dans le milieu qu'elle colore. Dans cet exercice, nous analysons une poudre colorante contenant un pigment d'oxyde de fer de formule Fe2O3.

Le fabricant indique que la teneur en oxyde de fer de cette poudre est de 5%. Nous allons donc réaliser une analyse quantitative de ce produit en utilisant un dosage par étalonnage. 

Dans la première étape, nous préparons une gamme d'étalons contenant des ions fer 3. Nous réalisons ensuite une courbe d'étalonnage à partir des mesures spectrophotométriques sur des solutions de concentration connue. Enfin, nous effectuons la préparation et l'analyse de l'échantillon.

Dans la partie A de l'exercice, nous préparons une gamme d'étalons à partir de la solution mère S0, qui contient les ions fer 3 en milieu acide à une concentration de 25,0 mg par litre. Pour cela, nous dissolvons du chlorure de fer 3 exahydraté solide de formule FECL3-6H2O. L'équation de dissolution de ce chlorure de fer 3 exahydraté est la suivante : FECL3-6H2O → FE3+ + 3CL- + 6H2O.

Pour déterminer la masse de soluté nécessaire à l'obtention de la solution S0, nous utilisons la quantité de matière en ion fer 3. Cette quantité de matière est égale à la concentration massique multipliée par le volume de la solution, divisée par la masse molaire des ions fer 3. 

Dans la partie B de l'exercice, nous préparons différentes solutions SI de la gamme d'étalonnage en diluant la solution mère avec de l'eau déminéralisée et en ajoutant de la solution de thiocyanate de potassium. La masse de solution mère à prélever pour la préparation de la solution S5 est calculée en utilisant la conservation de la quantité de matière et de la masse lors d'une dilution.

Dans la partie C de l'exercice, nous réalisons un spectre d'absorption d'une solution de fer 3 en présence de thiocyanate. La couleur de la solution est déterminée en trouvant la longueur d'onde du maximum d'absorption et en prenant la couleur complémentaire. La longueur d'onde lambda0 la plus adaptée pour effectuer les mesures d'absorbance est également indiquée.

Si vous avez des questions, n'hésitez pas à les poser en commentaire et nous y répondrons avec plaisir.

Bonjour à tous, c'est Théobald de Cydéo, et dans cette vidéo, on va s'intéresser à l'analyse d'un pigment à base d'oxyde de fer. Donc vous l'aurez compris, c'est bien de la chimie. Alors, on nous dit qu'un pigment, c'est une espèce chimique qui est colorante et qui est insoluble dans le milieu qu'elle colore. Et ici, on va s'intéresser à l'analyse d'une poudre colorante qui contient un pigment d'oxyde de fer de formule Fe2O3, solide. Et le fabricant nous dit que la teneur en oxyde de fer de cette poudre est de 5%, ce qui veut dire que la masse d'oxyde de fer divisé par la masse de poudre vaut 5%. Et on va faire une analyse quantitative de ce produit selon un dosage par étalonnage. Donc des dosages par étalonnage, vous en avez sûrement déjà fait, mais on vous réexplique comment est-ce que ça se déroule. Dans une première étape, préparation d'une gamme d'étalons contenant des ions fer 3, c'est ce qu'on va faire tout de suite. Puis après, réalisation de la courbe d'étalonnage à l'aide des mesures spectrophotométriques sur les solutions de concentration connue. Donc ça, c'est la partie B de l'exercice. Et ensuite, la préparation et l'analyse de l'échantillon, c'est la partie C de l'exercice. On va faire ensemble la partie A. Donc préparation d'une gamme d'étalons de solutions ions fer 3. On nous dit que pour obtenir une gamme d'étalons colorés, on va ajouter des ions thiocyanates aux ions fer 3. Et on réalise une gamme d'étalons à partir de la solution mère S0 qui contient les ions fer 3 en milieu acide à la concentration en masse fer 3 qui est de 25,0 mg par litre. On nous dit qu'on prépare 250 ml de solution mère S0 par dissolution de chlorure de fer 3 exahydratée solide de formule FECL3-6H2O. Et on nous demande d'écrire l'équation de dissolution de ce chlorure de fer 3 exahydratée et de déterminer la masse de solidité nécessaire à l'obtention de la solution S0. Alors déjà, l'équation de dissolution, c'est tout simple, on va dissoudre notre chlorure de fer exahydratée. Donc FECL3-6H2O qui donne FE3+, plus 3CL-, j'ai repris le 3 qui était ici, plus 3CL-, plus 6H2O. Alors pourquoi est-ce qu'on sait que c'est du fer 3+, et bien déjà parce qu'on nous le dit plusieurs fois ici, ici et ici. Et en plus, à cause de ce CL-, qui porte une charge négative et on en a 3. Et donc finalement, il faut bien du fer 3+, pour avoir la neutralité en solution. Puis alors, quelle est la masse de solidité nécessaire à l'obtention de la solution S0 ? Et bien, nous on a une masse de chlorure de fer exahydratée, qui correspond à un nombre de mol de fer exahydraté fois la masse molaire de chlorure de fer exahydratée. Et on sait que cette quantité de matière en chlorure de fer exahydratée est égale à la quantité de matière en ion fer 3, du fait de la stoichiométrie 1 devant mes deux composants dont on s'intéresse. Donc on va pouvoir calculer, nous, cette quantité de matière en ion fer 3. Cette quantité de matière en ion fer 3, elle vaut la concentration en ion fer 3 fois le volume de ma solution S0. Sauf qu'on ne connaît pas, nous, cette concentration molaire. On est seulement une concentration massique, mais on peut passer facilement d'une concentration molaire à une concentration massique. Et donc finalement, ma quantité de matière en ion fer 3, c'est ma concentration massique fois mon volume de ma solution, divisé par ma masse molaire de mes ions fer 3. Et finalement, la masse de mon chlorure de fer exahydratée qu'on va introduire en solution, c'est donc le nombre de molles de Fe3+, multiplié par la masse molaire du chlorure de fer exahydratée. Pourquoi est-ce qu'on peut reprendre ce nombre de molles ? C'est justement grâce à cette ligne-là, du fait de l'égalité des quantités de matière entre le chlorure de fer exahydratée et le nombre de molles en Fe3+, en solution. Et donc on obtient cette formule-ci pour la masse de soluté qu'il faut apporter. On peut faire notre application numérique. J'ai calculé dans un premier temps juste la masse molaire en Fe3+, puisqu'elle est un peu longue à calculer. Donc j'obtiens 270,4 g par molle. Et puis après, je fais l'application numérique pour ma masse et j'obtiens 3,0 x 10-2 g. Donc ça, c'est la masse que je vais devoir apporter en Fe3+, pour faire ma solution S0. On nous dit après que pour préparer 50,00 mL de chaque solution SI de la gamme d'étalonnage, vous vous souvenez qu'une seule gamme d'étalonnage, on va faire plusieurs solutions de différentes concentrations, dont on pourra mesurer ensuite, dont on connaît leur concentration, et ça va nous permettre de tracer la droite d'absorbance, qui sera ensuite utilisée pour trouver la concentration de la solution dont on ne connaît pas la concentration. Donc on nous dit qu'on a plusieurs solutions SI, on va prolever un volume VI de solution mère, auquel on ajoute 1 mL de solution de thiocyanate de potassium, et on complète jusqu'au trait de jauge avec de l'eau déminéralisée. Donc on a toutes nos solutions avec une différente concentration en Fe3+. On nous demande de nommer la vairie nécessaire à la préparation de la solution S5, en justifiant la réponse par un calcul. Alors qu'est-ce qu'on va faire ? On sait qu'on va faire des dilutions pour chacune de nos solutions. Lors d'une dilution, la quantité de matière se conserve, et si la quantité de matière se conserve, on peut écrire que la quantité de matière dans la solution mère est égale à la quantité de matière dans la solution 5. Mais aussi que la masse se conserve, puisque la quantité de matière se conserve, la masse se conserve. Donc m0 égale à m5, avec mi, la masse duon Fe3+, dans la solution I. Ce qu'on fait, c'est que je réécris ce que c'est que ma masse, c'est ma concentration massique fois mon volume, donc C0 V0 pour m0, et C5 V5 pour m5. Il n'y a pas de difficulté. Et V0, c'est justement ce volume de solution mère à prélever. Puisqu'il faut bien qu'on prélève un volume pour l'utiliser en tant que base de notre solution 5. Quel est ce volume à prélever ? V0 vaut C5 V5 divisé par C0. On fait notre application numérique et on obtient un volume de 10,0 mL. Du fait de la précision de ce volume, 10,0 mL, ce n'est pas moi qui ai choisi, c'est dû au chiffre significatif, Pour prélever ce volume, on a besoin d'une pipette Jogée de 10,0 mL. C'est la verrie qui est la plus précise possible. On va utiliser une fiole Jogée de 50,0 mL comme contenant de la solution fille S5. Pourquoi 50 mL ? C'est parce qu'on nous donne ici ce 50 mL. On nous dit qu'on réalise un spectre d'absorption d'une solution du ion fer 3 en présence du ion thiocyanate, dans les mêmes conditions que celle appliquée aux solutions de la gamme étalon. On nous demande de déterminer la couleur de la solution. On nous donne ce spectre-là et on nous demande de trouver la couleur de la solution. Ce qu'il faut se souvenir, c'est que pour définir la couleur d'une solution, il faut toujours faire la même chose. Dans un premier temps, il faut trouver la longueur d'onde du maximum d'absorption. Ensuite, il faut trouver la couleur correspondante à cette longueur d'onde. Et on prend la couleur complémentaire à cette couleur correspondant au maximum d'absorption. Et cette couleur complémentaire est la couleur de la solution. Donc on fait ça. Première étape, trouver la longueur d'onde de maximum d'absorption. C'est environ 490 nm. Et ça correspond à du cyan. Ça correspond à du cyan, je ne l'ai pas inventé, vous pouvez le savoir. Mais en fait, l'énoncé vous le donne. On regarde la couleur complémentaire, c'est le rouge. Et donc la solution est de couleur rouge. On nous demande ensuite d'indiquer la longueur d'onde lambda0 la plus adaptée pour effectuer les mesures d'absorbance. La longueur d'onde la plus adaptée va correspondre au maximum d'absorption. C'est là où on aura le moins d'erreurs d'incertitude sur mon absorbance. Et donc finalement, lambda0 égale lambda max égale 490 nm. Si vous avez des questions, n'hésitez pas à les poser en commentaire, j'y répondrai avec plaisir. Et puis on se retrouve pour la suite de cet exercice.

Analyse d’un pigment à base d’oxyde de fer (1)

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