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Manipulation d' oxydoréduction: iodométrie.

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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:

I2 + I- = I3-
C' est la formation de triodure de potassium qui permet d' expliquer alors  la forte solubilité du diiode en solution aqueuse.
L' oxydant I2 sera,  dans le cadre de ce TP, comprenant en tout quatre manipulations distinctes montrant le rôle du diiode en chimie analytique,  réduit à l' état d' iodure I- par le thiosulfate de sodium Na2S2O3 en solution aqueuse. Cette détermination permettra de remonter aux concentrations cherchées.

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 I 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:

Cl2 + 2 Na+ + 2 HO- Na+ + ClO- + Na+ + Cl- + H2O

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.

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