TP6 De la couleur à la concentrationDe la couleur à la concentration

Avant de commencer, écoutez attentivement les précautions à prendre et les règles de sécurité rappelées par le professeur

ObjectifsObjectifs de la séance :de la séance :

- Mettre en application la préparation d’une solution par dilution ;- Déterminer la concentration d’une solution à partir d’une échelle de teintes.

La liqueur de Dakin (ou eau de Dakin) est un liquide antiseptique (bactéricide, fongicide, virucide) utilisé pour le lavage des plaies et des muqueuses, de couleur rose et à l'odeur d'eau de Javel.

SOLUTE DE DAKIN STABILISE COOPERCOMPOSITIONPrincipes actifs

Hypochlorite de sodium ………………….0,500 g de chlore actif pour 100 mL

Principes non actifs

Permanganate de potassium ………….…......................0,0010g pour 100 mLDihydrogénophosphate de sodium dihydraté ………….ExcipientEau purifiée……………………………………….........Excipient

MODE D’EMPLOIPosologie habituelle : en application cutanée sans dilution, soit en lavages, en bains locaux ou en irrigation, soit en compresses imbibées ou en pansements humides.Les flacons doivent être conservés fermés dans des endroits frais et à l’abri de la lumière. Une fois ouvert, la stabilité du soluté est réduite à deux mois.

Comment vérifier la concentration en permanganate de potassium de la solution de Dakin ?

1.1. L’échelle de teintesL’échelle de teintes

On peut évaluer la concentration d'une espèce chimique colorée dans une solution grâce à la couleur de cette solution.

Principe :

À partir d'une solution-mère S0 contenant une espèce chimique colorée, on prépare des solutions diluées (solutions filles) de diverses concentrations. On réalise ainsi une « échelle de teintes » qui va servir, par comparaison de la couleur, à évaluer la concentration inconnue d'une solution S.

2.2. Préparation d’une échelle de teintesPréparation d’une échelle de teintes

Au cours de cette séance, nous allons essayer de déterminer la concentration de la solution de Dakin (présente sur le bureau du professeur), de couleur violette contenant du permanganate de potassium (KMnO4).

Pour cela, nous allons préparer une échelle de teintes afin de déterminer, par comparaison de couleur, la concentration en permanganate de potassium de la solution de Dakin.

Protocole expérimental :

Préparer 100 mL d’une solution-fille (voir tableau page suivante), à partir de la solution-mère de permanganate de potassium (voir page suivante) ; Verser 10 cm3 ( 10 cm) de cette solution dans un tube à essais que vous porterez sur le bureau du professeur ;

Solution mère à utiliser :

Permanganate de potassium(K+

(aq), MnO4(aq))

cmère = 0,10 g.L–1

Solution-fille S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 S9

Vmère (en mL)(Volume de la solution

mère à prélever)2 6 10 14

Vfille (en mL)(Volume de lasolution-fille)

100 100 100 100 100 100 100 100 100

cfille (en g.L–1)(Concentration de

la solution-fille)7,9 10–4 3,2 10–3 6,3 10–3 9,5 10–3 1,3 10–2

3.3. Exploitation de l’échelle de teintesExploitation de l’échelle de teintes

L’intensité de la couleur d’une espèce chimique colorée en solution est liée à sa concentration, ce qui constitue un moyen de détermination de la concentration.

Protocole expérimental :

Versez 10 cm3 ( 10 cm) de la solution de Dakin dans un tube à essais et comparez sa couleur avec l’échelle de teintes réalisée par la classe ; En déduire une valeur approchée de la concentration en permanganate de potassium de la solution de Dakin.

Questions

Questions

(Répondre sur la fiche réponse)

(Répondre sur la fiche réponse)

a) Rappeler le protocole expérimental permettant de préparer une solution diluée (solution fille) de volume Vfille à la concentration cfille, à partir d’une solution-mère de concentration connue cmère.

b) Détailler les calculs d’un volume Vfille et d’une concentration cmère dans le tableau ci-dessus (voir fiche réponse).

c) Compléter le tableau ci-dessus (voir fiche réponse).

a) Comment la couleur de la solution de permanganate de potassium varie-t-elle avec la concentration ?b) Quel est l’encadrement de la valeur de la concentration molaire en permanganate de potassium de la

solution de Dakin ? (répondre sur la fiche réponse)

4.4. ConclusionConclusion (Répondre sur la fiche réponse)

Donnée : M(KMnO4) = 158 g.mol–1

a) L’étiquette du flacon de Dakin mentionne (voir au début de l’activité) :

Permanganate de Potassium ……………………… 0,0010 g pour 100 mL

Calculez la concentration en masse en permanganate de potassium de la solution de Dakin.

b) La valeur de la concentration estimée à l’aide de l’échelle de teintes est-elle en accord avec la valeur calculée ?

Nom(s) : Prénom(s) : Classe : Date :

FICHE REPONSEFICHE REPONSE(Comment déterminer la concentration d’une solution inconnue à partir d’une échelle de teintes ?)

1.1. Préparation d’une échelle de teintesPréparation d’une échelle de teintes

Solution-fille S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 S9

Vmère (en mL)(Volume de la solution

mère à prélever)2 6 10 14

Vfille (en mL)(Volume de lasolution-fille)

100 100 100 100 100 100 100 100 100

cfille (en g.L-1)(Concentration de

la solution-fille)7,9 10–4 3,2 10–3 6,3 10–3 9,5 10–3 1,3 10–2

Protocole expérimental détaillé :

Détail des calculs :

Calcul d’un volume à partir de la quantité de matière Calcul d’une concentration à partir du facteur de dilution

2. Exploitation de l’échelle de teintesExploitation de l’échelle de teintes

Question a) :

Valeur de la concentration en masse de la solution de Dakin :

cDakin

3.3. ConclusionConclusion

a) Valeur de la concentration de la solution de Dakin (détaillez votre calcul ci-dessous) :

cDakin =Détail du calcul :

Question b) :

CORRECTIONCORRECTION1.1. Préparation d’une échelle de teintesPréparation d’une échelle de teintes

Solutions filles à préparer : (2 pts)

Solution-fille S1 S2 S3 S4 S5 S6 S7 S8 S9

Vmère (en mL)(Volume de la solution

mère à prélever)1 2 4 6 8 10 12 14 16

Vfille (en mL)(Volume de lasolution-fille)

100 100 100 100 100 100 100 100 100

cfille (en mol.L-1)(Concentration de

la solution-fille)7,9 10–4 3,2 10–3 6,3 10–3 9,5 10–3 1,3 10–2

Protocole expérimental détaillé : (2 pts)

Détail des calculs : (2 1 pt)

Calcul d’un volume à partir de la quantité de matière Calcul d’une concentration à partir du facteur de dilutionLa conservation de la matière impose :

nfille = nmère cfille Vfille = cmère Vmère

Vmère =

Pour la solution S3 :

A.N. : Vfille = = 4 mL

Pour la solution S6 :

A.N. : cfille = = 5,0 10–5 mol.L–1

2. Exploitation de l’échelle de teintesExploitation de l’échelle de teintes

Question a) : (0,5 pt)

Plus une solution colorée est concentrée, plus sa concentration en espèce colorante augmente et plus sa teinte s’obscurcit.

Valeur de la concentration molaire de la solution de Dakin : (0,5 pt)

cDakin

3.3. ConclusionConclusion

a) Valeur de la concentration molaire de la solution de Dakin (détaillez votre calcul ci-dessous) :

cDakin = 6,33.10–5 mol.L–1

Détail du calcul :

Concentration en masse de la solution de Dakin : cm(Dakin) = 10 mg.L–1

Question b) : (1 pt)

Comparaison de la valeur expérimentale avec la valeur théorique...

(0,5 pt)

FICHE TPFICHE TP

Démarche Retrouver par comparaison la concentration d’une solution à partir d’une solution concentrée connue puis réaliser une dilution

Pré-requis L’élève a déjà effectué une dilution d’une solution mère.L’élève connaît les concentrations massiques.L’élève sait utiliser une burette graduée (repérage du zéro et absence de bulle d’air).

Compétences évaluées

Réaliser   : Gérer son temps ; Utiliser de manière adaptée les instruments : mesures, verrerie...Raisonner et argumenter : Déduire des relations possibles entre des faits, des situations. ; Concevoir une expérience et prévoir l’expérience témoin. ; Interpréter les résultats ; apprécier la cohérence d'un résultat (ordre de grandeur, unité, chiffres significatifs…)Mobiliser des connaissances : réaliser un schéma d’expérience ; utiliser la relation de proportionnalité ; Communiquer : s’informer à partir de documents (textes, images, schémas, graphiques, …) ; rédiger (utiliser les connecteurs logiques…)

Préparation du poste de travail

Le matériel est disponible sur la paillasse du candidat. Prévoir un tube à essais bouché qui contient 10mL de la solution commerciale d’eau de Dakin.Prévoir sur la paillasse professeur la solution mère à verser dans les deux béchers de 250mL (les élèves viendront se servir avec un bécher de 100mL).

Déroulement de l'épreuve

Il est prévu 3 appels de la part du candidat : Appel n°1 : Tableau de données complété, burettes remplies et ajustées au zéro (sans bulle) Appel n°2 : Réalisation de la gamme étalon Appel n°3 : Observer liste matériel et assister au pipetage. Appel n°4 : Réalisation de la dilution et vérification avec l’eau de

Dakin d’origine.

Notation La manipulation est notée sur 11 points durant la séance.La partie écrite est notée sur 9 points après la séance.

Si un candidat n’appelle pas et semble en échec, l’examinateur lui apporte l’aide nécessaire. Les points ne lui sont pas attribués.

Si lors d’un appel le candidat n’a pas su réaliser le travail demandé, l’évaluateur lui donne la solution. Les points ne lui sont pas attribués.

Si, par défaut d’observation, l’examinateur a un doute quant à l’évaluation d’une tache, le(s) point(s) est(sont) attribué(s).

Remarques   :

On peut éventuellement ne pas se limiter à l’échelle de teintes qui ne donne qu’un encadrement, et faire des mesures d’absorbance à l’aide de spectrophotomètres. Le tracé puis l’utilisation de la courbe d’étalonnage permet alors une détermination plus précise de la concentration en permanganate de potassium.Mais si on regarde les projets de programme de 1ère S, c’est en 1ère S que le tracé d’une courbe d’étalonnage et son utilisation avec la loi de Beer-Lambert interviennent. Cette compétence n’est donc pas exigible en classe de seconde et une simple utilisation visuelle de l’échelle de teintes avec un encadrement de la concentration par comparaison de la teinte peut suffir. Pour cette partie avec le spectrophotomètre, il faudrait inévitablement, après les avoir laissé réfléchir, donner des informations aux élèves. Faire les mesures d’absorbance à une longueur d’onde de 530 nm (c’est à cette longueur d’onde que le permanganate de potassium absorbe le plus). Avec un petit spectro Jeulin en travaillant à 470 nm (au lycée, nous avons un lot de 10 filtres à cette longueur d’onde mais un seul filtre à 530 nm), même si nous ne sommes pas au maximum d’absorption, les résultats obtenus sont assez satisfaisants  : on a trouvé 6,5.10-5 mol.L-1 au lieu de 6,3.10-5 mol.L-1.

En 1h30 de TP, nous avons eu le temps d’aller jusqu’aux mesures de l’absorbance des différentes solutions étalons, mais le tracé de la courbe d’étalonnage et l’interprétation étaient à finir à la maison.

Attention, toutes les solutions de Dakin vendues dans le commerce n’ont pas la même composition (0,0010 g de KMnO4 pour 100 mL de solution pour les marques Cooper et Valda, mais d’autres valeurs pour les autres marques). A vérifier impérativement avant de faire le TP…

Poste prof :

2 L de solution aqueuse de permanganate de potassium KMNO4 (50 mg /L) : 0,25 g / 5 L Eau de Dakin récente : (solution de KMnO4 10 mg/L) 2 béchers de 250mL. 1 bidon « futé ».

Pour chaque poste

5 tubes à essais sur rampe. Eau distillée 1 pipette graduée de 10mL, 1 pipette jaugée de 10mL, 1 pipette jaugée de 5mL 1 poire à pipeter 1 éprouvette graduée 100mL 2 béchers 50 mL Papier filtre 1 fiole jaugée 50 mL + bouchon 1 burette graduée de 25mL avec support Lunettes et gants de protection 1 verre à pied (poubelle)

Recommandations :

- L’eau de Dakin est une solution qui se décolore avec le temps. Il est important d’utiliser une solution commerciale « récente ». S’il n’est pas possible de s’en procurer, utiliser une solution aqueuse de permanganate de potassium à 10 mg/L ;

- S’assurer que les élèves ne sont pas allergiques aux produits utilisés dans ce TP (l’eau de Dakin contient de l’eau de Javel).

Sources de l’activitéSources de l’activité

Activité n°3 p162 (BORDAS 2nd, Collection E.S.P.A.C.E Lycée)