exo chimie prépa (grande aide)

[Lola1234]

Bonjours, j'ai pas mal de difficultés en chimie, j'aimerais donc des aides pour cette exercice: 

 

Exercice I : Etude d’une « pépite » de cuivre

Le cuivre est l’un des rares éléments métalliques (avec l’argent, l’or …) qui existe parfois dans la nature à l’état natif, c’est à dire sous forme de corps pur simple (nombre d’oxydation 0). On le trouve cependant plus souvent sous forme oxydée dans des minerais tels que le sulfure de cuivre CuS, l’oxyde de cuivre CuO. Le cuivre, lorsqu’il s’oxyde à l’air, peu prendre une couleur verte (patine de la Statue de la Liberté) due à la formation de couches de sulfate de cuivre : la brochantite de formule CuSO4, 3 Cu(OH)2s et l’anthlérite de formule CuSO4, 2 Cu(OH)2s.

On souhaite déterminer la teneur en impuretés d’une pépite de cuivre. Pour cela, on la dissout dans un excès d’acide nitrique concentré. L’équation de réaction correspondante est :

3 Cus + 2 NO3 - aq + 8 H3O + 3 Cu2+ aq + 2 NOg + 12 H2O

Le cuivre est alors oxydé sous forme d’ion Cu2+, l’impureté considérée restant sous forme solide. On filtre. On obtient donc une solution d’ions H3O + et d’ions Cu2+ qui est titrée par la soude Na+ + HO- . Le titrage est suivi par pH-métrie. Pour mieux comprendre comment exploiter les résultats expérimentaux, on réalise l’étude préliminaire suivante.

1. Simulation du titrage d’une solution d’acide nitrique et de nitrate de cuivre II

On simule le titrage suivi par pH-métrie de V0 = 10,0 mL d’une solution d’acide nitrique (H3O + + NO3 - ), acide fort, et de nitrate de cuivre II (Cu2+ + 2 NO3 - ) par une solution de soude (Na+ + HO- ) de concentration c = 0,10 mol.L-1 . On note c1 la concentration initiale de la solution en ions H3O + et c2 la concentration initiale en ions Cu2+ .

c1 = 0,10 mol.L-1

c2 = 5,0 10-2 mol.L-1

La courbe obtenue est représentée ci-dessous. (voir pièce jointe)

a. En analysant le graphe obtenu, écrire les équations des deux réactions qui ont lieu au cours de ce titrage et calculer leur constante d’équilibre. Préciser dans quelle partie du dosage elles interviennent.

b. Le pH initial de la solution avant titrage vaut 1,0. Montrer qu’à ce pH, le précipité d’hydroxyde de cuivre n’existe pas dans la solution à titrer.

c. Donner les deux relations entre c1, V0, c2, c, Veq1 et Veq2 permettant de calculer les concentrations c1 et c2.

 (voir pièce jointe) Courbe pH = f(V) du titrage de 10,0 mL d’un mélange d’acide nitrique HNO3 (H3O + + NO3 - ) et de nitrate de cuivre II Cu(NO3)2 (Cu2+ + 2 NO3 - ) par la soude NaOH (Na+ + HO- ) de concentration 0,10 mol.L-1 .

2. Application, détermination de la pureté du cuivre natif.

On dissout une masse de cuivre natif à étudier m = 4,90 g dans 100 mL d’acide nitrique en excès.

L’équation de réaction correspondante est:

3 Cus + 2 NO3 - aq + 8 H3O + 3 Cu2+ aq + 2 NOg + 12 H2O

Soit S la solution obtenue de volume 100,0 mL. Cette solution S est diluée 10 fois et on obtient la solution S’. On titre V0 = 10,0 mL de cette solution S’ par de la soude de concentration c = 0,500 mol.L-1 .

Le titrage est suivi par pH-métrie et la courbe obtenue est donnée ci-dessous. pH % Cu2+

a. Relever les valeurs des volumes équivalents.

b. Déterminer la concentration de la solution S’ en ions H3O + puis en ions Cu2+ . Faire de même pour la solution S.

c. Déterminer la quantité de cuivre dans le cuivre natif et la teneur massique en impuretés.

d. Déterminer la concentration initiale de la solution d’acide nitrique utilisée pour dissoudre la pépite.

Données à 298 K:

Numéro atomique N : 7    O : 8

Masse molaire atomique du cuivre MCu = 63,5 g.mol-1 .

Produit de solubilité de Cu(OH)2(s) Ks1 = 10-18,6 .

Ke = 10-14

 

Merci d'avance.

première image : pH(rouge)    %Cu2+ (droite bleue foncé)

Modifié le 24 avril 2020 par Lola1234

[Barbidoux]

Exercice I : Etude d’une « pépite » de cuivre
Le cuivre est l’un des rares éléments métalliques (avec l’argent, l’or …) qui existe parfois dans la nature à l’état natif, c’est à dire sous forme de corps pur simple (nombre d’oxydation 0). On le trouve cependant plus souvent sous forme oxydée dans des minerais tels que le sulfure de cuivre CuS, l’oxyde de cuivre CuO. Le cuivre, lorsqu’il s’oxyde à l’air, peu prendre une couleur verte (patine de la Statue de la Liberté) due à la formation de couches de sulfate de cuivre : la brochantite de formule CuSO4, 3 Cu(OH)2s et l’anthlérite de formule CuSO4, 2 Cu(OH)2s.
On souhaite déterminer la teneur en impuretés d’une pépite de cuivre. Pour cela, on la dissout dans un excès d’acide nitrique concentré. L’équation de réaction correspondante est :
3 Cus + 2 NO3 - aq + 8 H3O + 3 Cu2+ aq + 2 NOg + 12 H2O
Le cuivre est alors oxydé sous forme d’ion Cu2+, l’impureté considérée restant sous forme solide. On filtre. On obtient donc une solution d’ions H3O + et d’ions Cu2+ qui est titrée par la soude Na+ + HO- . Le titrage est suivi par pH-métrie. Pour mieux comprendre comment exploiter les résultats expérimentaux, on réalise l’étude préliminaire suivante.
1. Simulation du titrage d’une solution d’acide nitrique et de nitrate de cuivre II
On simule le titrage suivi par pH-métrie de V0 = 10,0 mL d’une solution d’acide nitrique (H3O + + NO3 - ), acide fort, et de nitrate de cuivre II (Cu2+ + 2 NO3 - ) par une solution de soude (Na+ + HO- ) de concentration c = 0,10 mol.L-1 . On note c1 la concentration initiale de la solution en ions H3O + et c2 la concentration initiale en ions Cu2+ .
c1 = 0,10 mol.L-1
c2 = 5,0 10-2 mol.L-1
La courbe obtenue est représentée ci-dessous. (voir pièce jointe)
a. En analysant le graphe obtenu, écrire les équations des deux réactions qui ont lieu au cours de ce titrage et calculer leur constante d’équilibre. Préciser dans quelle partie du dosage elles interviennent.
--------------------------------
H^(+)(aq)+OH^(aq)=H2O(L)  Ke=10^(-14) à 25°C

Cu^(2+)(aq)+OH^(aq)=Cu(OH)2(s)  ==> Ks=[Cu^(2+)]*[OH]^2 par lecture du graphe début de précipitation à pH=5.56 ==> Ks=5*10^(-2)*(10^(5.56 - 14))^2=6.59*10^(-19)=10^(-18.18)
--------------------------------
b. Le pH initial de la solution avant titrage vaut 1,0. Montrer qu’à ce pH, le précipité d’hydroxyde de cuivre n’existe pas dans la solution à titrer.
--------------------------------
pH inférieur à celui de précipitation de l'ion cuivre à cette concentration
--------------------------------
c. Donner les deux relations entre c1, V0, c2, c, Veq1 et Veq2 permettant de calculer les concentrations c1 et c2.
 (voir pièce jointe) Courbe pH = f(V) du titrage de 10,0 mL d’un mélange d’acide nitrique HNO3 (H3O + + NO3 - ) et de nitrate de cuivre II Cu(NO3)2 (Cu2+ + 2 NO3 - ) par la soude NaOH (Na+ + HO- ) de concentration 0,10 mol.L-1 .
--------------------------------

première équivalence n(H^(+))=n(OH^(-))    ==> [H^(+)]*V0=[OH^(-)]*V1eq ==> [H^(+)]=[OH^(-)]*V1eq /V0=0.10 mol/l
seconde équivalence à  n(Cu^(2+))=n(OH^(-))/2   ==>  [Cu^(2+)]*V0=[OH^(-)]*(V2eq-V1eq) ==> [Cu^(2+)]=[OH^(-)]*(V2eq-V1eq) /V0=0.05 mol/l
--------------------------------
2. Application, détermination de la pureté du cuivre natif.
On dissout une masse de cuivre natif à étudier m = 4,90 g dans 100 mL d’acide nitrique en excès.
L’équation de réaction correspondante est:

3 Cus + 2 NO3 - aq + 8 H3O + 3 Cu2+ aq + 2 NOg + 12 H2O
Soit S la solution obtenue de volume 100,0 mL. Cette solution S est diluée 10 fois et on obtient la solution S’. On titre V0 = 10,0 mL de cette solution S’ par de la soude de concentration c = 0,500 mol.L-1 .
Le titrage est suivi par pH-métrie et la courbe obtenue est donnée ci-dessous. pH % Cu2+
a. Relever les valeurs des volumes équivalents.
--------------------------------

V1eq=16 mL; V2eq=19 mL
--------------------------------
b. Déterminer la concentration de la solution S’ en ions H3O + puis en ions Cu2+ . Faire de même pour la solution S.
--------------------------------
première équivalence n(H^(+))=n(OH^(-))    ==> [H^(+)]*V0=[OH^(-)]*V1eq ==> [H^(+)]=[OH^(-)]*V1eq /V0=0.5*16/10=0.8 mol/l
seconde équivalence à  n(Cu^(2+))=n(OH^(-))/2   ==>  [Cu^(2+)]*V0=[OH^(-)]*(V2eq-V1eq) ==> [Cu^(2+)]=[OH^(-)]*(V2eq-V1eq) /(2*V0)=0.5*3/20= 0.075 mol/l
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c. Déterminer la quantité de cuivre dans le cuivre natif et la teneur massique en impuretés.
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quantité de matière cuivre dans le cuivre natif n(Cu^(2+))=[Cu^(2+)]*10*0.1=0.075 mol ==> m(Cu^(2+))=n(Cu^(2+))*M(Cu^(2+))=0.075*63.5=4.76 g
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d. Déterminer la concentration initiale de la solution d’acide nitrique utilisée pour dissoudre la pépite.
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Concentration initiale de l'acide nitrique = 0.8 mol/L
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