Manipulation d' oxydoréduction: iodométrie.
Le diiode I2 est très utilisé
en chimie analytique dans la détermination de concentrations de
substances diverses.
Le diiode I2 est très peu soluble dans
l' eau pure.
Afin d' augmenter sa solubilité dans l' eau on
confectionne une solution appelée "lugol", qui est un mélange
de diiode I2 et d' iodure de potassium KI, l' iodure de potassium
étant mis en excès.
Il se forme, au contact des molécules de diiode
et des anions iodure, l' anion triodure I3-
selon la réaction quantitative:
Partie a. Dosage d' une solution aqueuse de diiode dans l' iodure de potassium par une solution de thiosulfate de sodium.
Manipulation:
Placer dans la burette la solution aqueuse de thiosulfate de sodium Na2S2O3 de concentration CRed égale à 0.100 +/- 0.002 mol.L-1.
Placer dans l' erlenmeyer:
10 mL d' une solution aqueuse de "lugol" à l'
aide d' une pipette.
20 mL d' eau distillée à l' aide d' une
éprouvette.
Faire deux dosages à la goutte près.
Ecrire l' équation chimique du dosage, sachant
que les couples redox qui interviennent sont, respectivement:
Couple diiode / iodure: I2 / I- E°
= 0.53 V.
Couple tétrathionate / thiosulfate: S4O62-
/ S2O32- E° = 0.09V.
Calculer la concentration molaire volumique, exprimée
en mol.L-1, COx du diiode I2 présent
dans la solution aqueuse de "lugol". Ne pas faire intervenir dans le calcul
les 20 mL d' eau distillée rajoutés à l' éprouvette.
Pourquoi donc?
Partie b. Dosage d' une solution aqueuse d' hypochlorite de sodium, alias "eau de Javel".
L' agent actif de l' eau de Javel est l' anion hypochlorite,
de formule ClO-. L' eau de Javel est obtenue par action de la
soude sur du dichlore.
Il se produit une dismutation de l' élément
chlore: à la fois oxydation (obtention de l' anion hypochlorite)et
réduction (obtention de l' anion chlorure), à partir de la
molécule de dichlore.
Il se forme alors de l' hypochlorite de sodium, de formule
NaClO, et du chlorure de sodium NaCl en quantités égales
selon la réaction suivante:
Ici, afin de déterminer la concentration en anion hypochlorite dans l' eau de Javel il se produira la réaction suivante entre les anions hypochlorite et les anions iodure, en milieu acidifié au préalable:
1. Réduction des anions hypochlorite en anions
chlorure, en milieu acide.
2. Oxydation des anions iodure en diiode: intervention
du couple redox I- / I2. E° = 0.53V.
Ecrire le bilan redox de la réaction.
Le diiode formé au cours de cette réaction chimique sera ensuite détruit par le thiosulfate de sodium, selon le principe du dosage dans la partie a.
Ecrire à nouveau la réaction de réduction du diiode en iodure par l' anion thiosulfate, oxydé lui même en anion tétrathionate.
Le volume de thiosulfate de sodium permettra dès
lors de remonter à la quantité de diiode formé et,
partant, à la quantité d' anions hypochlorite présents
dans la prise d' essai du départ.
La connaissance des coefficients stoechiométriques
des deux réactions chimiques correctement équilibrées
permettra d' accéder au bon résultat sans encombre.
Manipulation.
Verser dans l' erlenmeyer SUCCESSIVEMENT:
10 mL de solution aqueuse d' hypochlorite de sodium (ATTENTION
aux vêtements!) à l' aide d' une pipette.
10 mL de solution aqueuse concentrée d' iodure
de potassium KI à 5% à l' éprouvette.
ATTENTION!!! Cette solution est contenue dans une très
grosse bouteille et n' a rien à voir avec la solution de "lugol"
utilisée lors de la partie 4.a.
10 mL de solution aqueuse d' acide chlorhydrique à
2 mol.L-1, à l' éprouvette.
Faire deux dosages à la goutte près. Noter
le volume de thiosulfate de sodium utilisé à chaque fois.
Calculer à partir de là la concentration COx en anion hypochlorite, qu' on exprimera en mol.L-1.
Partie c. Dosage d' une solution aqueuse d' acide chlorhydrique.
En milieu acide l' anion iodate IO3- et
l' anion iodure I- subissent une médiamutation, ou amphotérisation
redox, en diiode I2.
Cette médiamutation redox sera utilisée
pour doser une solution aqueuse d' acide chlorhydrique.
Le diiode formé lors de l' amphotérisation
redox sera ensuite détruit par l' anion thiosulfate.
La connaissance de la quantité de thiosulfate
de sodium versé permettra de remonter à la quantité
de diiode formé et, partant, à la quantité d' ions
hydrogène H+ contenus dans la prise d' essai de la solution
aqueuse d' acide chlorhydrique.
Ecriture de la réaction d' amphotérisation
redox:
1. Ecrire la demi-équation redox de réduction
de l' anion iodate IO3- en diiode I2 en
milieu acide.
Couple redox IO3- / I2
E° = 1.19V.
2. Ecrire la demi-équation redox d' oxydation de
l' anion iodure I- en diiode I2.
Couple redox I2 / I- E° = 0.53
V.
3. En déduire la réaction d' amphotérisation redox entre l' anion iodate IO3- et l' anion iodure I- en milieu acide.
4. Ecrire ensuite la réaction redox entre le diiode I2 et les ions thiosulfate S2O32-.
Manipulation.
Verser dans l' erlenmeyer, SUCCESSIVEMENT:
10 mL de solution aqueuse concentrée d' iodure
de potassium concentré à 5% à l' aide d' une éprouvette.
ATTENTION! Ce n' est pas la solution de "lugol" utilisée
lors de la partie a. qui est à verser dans l' erlenmeyer!
10 mL de solution concentrée d' iodate de potassium
KIO3 à 1%, à l' éprouvette.
10 mL de solution aqueuse d' acide chlorhydrique, à
l' aide d' une pipette.
ATTENTION! Ce n' est pas l' acide chlorhydrique à
2 mol.L-1 qu' il faut pipeter! C' est le petit flacon qui se
trouve sur votre paillasse.
Faire deux dosages par le thiosulfate de sodium à la goutte près.
Déduire des deux équations précédentes,
à savoir:
1. l' amphotérisation redox,
2. la réduction du diiode par le thiosulfate,
la concentration molaire volumique, exprimée en
mol.L-1, de la solution aqueuse d' acide chlorhydrique.
Partie d. Dosage d' une solution aqueuse de peroxyde de dihydrogène, alias "eau oxygénée".
En milieu acide, en présence d' anions iodure, l' eau oxygénée, de formule H2O2, se comporte comme un oxydant, susceptible d' oxyder l' anion iodure I- en diiode I2 , et de donner de l' eau H2O.
Le diiode formé lors de cette réaction est
ensuite réduit à nouveau à l' état d' anion
iodure I- par le thiosulfate S2O32-.
La connaissance de la quantité de thiosulfate
versé permet de connaître la quantité de diiode formé
et, partant, la quantité de peroxyde de dihydrogène H2O2,
présent dans la prise d' essai.
On écrira les demi-équations redox suivantes:
1.Réduction de l' eau oxygénée en
eau.
Couple redox H2O2 / H2O
E° = 1.77V.
2.Oxydation des ions iodure en diiode.
Couple redox I2 / I- E° = 0.53V.
3.Bilan redox .
Remarque: cette réaction est lente. elle peut être accélérée par l' addition d' un catalyseur, le molybdate d' ammonium.
On écrira ensuite la réaction entre le diiode et les ions thiosulfate.
Manipulation.
Verser 10 mL de solution aqueuse de peroxyde de dihydrogène,
à l' aide d' une pipette.
10 mL de solution concentrée à 5% d' iodure
de potassium, à l' éprouvette.
15 mL de solution aqueuse d' acide sulfurique à
1 mol.L-1 à l' éprouvette.
10 mL de solution aqueuse de molybdate d' ammonium à
0.1%, à l' éprouvette.
Faire deux dosages à la goutte près.
Déduire des équations chimiques la concentration molaire volumique, exprimée en mol.L-1, COx de la solution aqueuse de peroxyde de dihydrogène.