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Annales gratuites Bac Général S spé Phys-Ch : l'eau de dakin

Le sujet  2004 - Bac Général S spé Phys-Ch - Chimie - Exercice Imprimer le sujet
LE SUJET

L'eau de Dakin est un antiseptique utilisé pour le lavage des plaies et des muqueuses. Elle a une couleur rose et une odeur chlorée.
L'étiquette du flacon mentionne les principes actifs pour un volume V = 100 mL : "solution concentrée d'hypochlorite de sodium, quantité correspondant à 0,500 g de chlore actif - permanganate de potassium 0,0010 g - dihydrogénophosphate de sodium dihydraté - eau purifiée". En outre, l'eau de Dakin contient des ions chlorure.

Cet exercice propose de vérifier une partie des indications de l'étiquette.

La question 1 est indépendante des questions 2 et 3.

Données :

Masses molaires atomiques
M(O) = 16,0 g.mol-1     M(Na) = 23,0 g.mol-1      M(Cl)
= 35,5 g.mol-1
M(K) = 39,0 g.mol-1    M(Mn) = 55,0 g.mol-1

Solubilité du dichlore à 20 °C :
- dans l'eau : 8 g.L-1
- dans l'eau salée : très peu soluble.

Volume molaire gazeux dans les conditions de l'expérience : VM = 24,0 L. mol-1

1 - Dosage par spectrophotométrie du permanganate de potassium en solution

1.1. Afin de réaliser une échelle de teintes, on prépare un volume Vo = 500 mL d'une solution mère S0 de permanganate de potassium à la concentration molaire en soluté apporté
c0 =
1,0 x 10 -2 mol.L-1.
Calculer la masse de permanganate de potassium solide (de formule KMnO4) à peser pour préparer cette solution par dissolution.

1.2. La solution So permet de préparer une échelle de teintes constituée par cinq solutions dont on mesure l'absorbance A à la longueur d'onde 530 nm.

Solution

S1

S2

S3

S4

S5

Concentration c (mol.L-1)

1,0 x 10-4

8,0 x 10-5

6,0 x 10-5

4,0 x 10-5

2,0 x 10-5

A

0,221

0,179

0,131

0,088

0,044

1.2.1. Tracer la courbe représentante A = f(c) SUR LA FEUILLE DE PAPIER MILLIMETRE A RENDRE AVEC LA COPIE.
Echelle des abscisses : 1 cm pour 0,5 x 10-5 mol.L-1
Echelle des ordonnées : 1 cm pour 0,01

Déterminer la relation numérique entre A et c.

1.2.2. À partir du spectre d'absorption ci-dessous (figure 1) réalisé avec une solution de permanganate de potassium, expliquer comment on a choisi la longueur d'onde pour cette étude.

1.2.3. Ce spectre a-t-il été réalisé avec une solution de concentration molaire plus élevée ou plus faible que celles du tableau précédent ? Justifier sans calcul.

1.3. L'absorbance de l'eau de Dakin à la longueur d'onde l = 530 nm est 0,14.
A cette longueur d'onde, et pour les concentrations des espèces chimiques de l'eau de Dakin, on admettra que seul le permanganate de potassium intervient dans la mesure de l'absorbance.

1.3.1. En déduire la concentration molaire cexp en permanganate de potassium apporté de l'eau de Dakin.

1.3.2. À partir des données de l'étiquette, calculer la concentration molaire c en permanganate de potassium apporté de l'eau de Dakin et comparer au résultat expérimental. Pour cela, on calculera si cela est nécessaire, l'écart relatif et on l'exprimera en pourcentage.

2 - Détermination de la masse de chlore actif

2.1. Une définition de la masse de chlore actif correspond à la masse de dichlore dégagé lors de la transformation chimique modélisée par la réaction en milieu acide dont l'équation s'écrit :

Cl-(aq) + CIO- (aq) + 2H+(aq) = Cl2 (g) + H2O(l)       (1)

Connaissant les deux couples oxydant/réducteur Cl2 / Cl- et CIO- / CI2, écrire, dans le cas de cette réaction, la demi-équation associée respectivement à chaque couple.

2.2. Afin de vérifier l'indication de l'étiquette concernant la masse de chlore actif, on verse un excès d'acide chlorhydrique dans un volume V = 100 mL d'eau de Dakin. On réalise ainsi la transformation chimique modélisée par la réaction associée à l'équation (1).
On recueille, sous la hotte, dans une cuve contenant de l'eau salée, un volume v = 170 mL de dichlore.

2.2.1. Justifier l'utilisation de l'eau salée pour la récupération du dichlore.

2.2.2. Calculer la masse de dichlore recueilli et la comparer à l'indication portée sur l'étiquette en

calculant l'écart relatif et en exprimant celui-ci en pourcentage.

3. Rôle du dihydrogénophosphate de sodium dihydraté

Dans l'eau de Dakin le dihydrogénophosphate de sodium permet de maintenir basique la solution.
Donner une raison justifiant la nécessité de maintenir basique l'eau de Dakin.

 

 

LE CORRIGÉ

1. Dosage par spectrophotométrie du permanganate de potassium en solution.

1.1.

m0 est la masse cherchée.
M est la masse Molaire du permanganate de potassium.

D'où     

AN : m0 = 1,0 x 10-2 x (39,0 + 55,0 + 4 x 16,0) x 0,5
           = 0,79 g

Pour préparer S0, il faut dissoudre 0,79 g de permanganate de potassium.

1.2.1.

La courbe est une droite qui passe par l'origine donc A et c sont proportionnelles.
En utilisant le dernier point du tableau (par lequel la droite passe effectivement) et l'origine du repère, on trouve la pente :
                              

                            donc

1.2.2.
Pour avoir la meilleure précision, on s'est placé à la longueur d'onde la plus absorbée par la solution de permanganate de potassium. Graphiquement on trouve environ 530 nm.

1.2.3.
Sur ce spectre l'absorbance pour l  = 530 nm vaut 2,5 ce qui est supérieur aux absorbances du tableau précédent. Or l'absorbance est proportionnelle à la concentration de la solution. Donc ce spectre a été réalisé avec une solution plus concentrée que les autres.

1.3.1.
Sur la courbe, le point d'ordonnée A = 0,14 a pour abscisse

1.3.2.
D'après l'étiquette cette eau contient m = 0,0010 g de permanganate de potassium pour V = 500 mL de solution. 
            Donc     

AN :      

L'écart relatif est
soit 0,3% (ce qui est très faible).

2. Détermination du chlore actif.

2.1.
En tenant compte de l'écriture de l'équation (1) on peut écrire:
              2Cl-                     =    Cl2 + 2e-
              2ClO- + 4H+ + 2e-  =    Cl2 + 2H20

2.2.1.
Comme le dichlore est très soluble dans l'eau mais très peu soluble dans l'eau salée, cette dernière permet de recueillir le dichlore dégagé.

2.2.2.
Le nombre de moles de dichlore dans V = 170 mL est


La masse de dichlore est donc

L'écart relatif demandé est
           soit 0,6%
(ce qui est très faible)

3. Rôle du dihydrogénophosphate de sodium dihydraté.

On a vu qu'en milieu acide cette eau de Dakin se dénaturait en libérant du dichlore.
Comme le dihydrogénophosphate de sodium maintient la solution basique, il évite ce dégagement gazeux toxique. La solution peut ainsi se conserver.

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