🎯 Objectifs
Préparer une solution aqueuse de concentration donnée par dissolution ou dilution.
Réaliser une gamme étalon par dilution.
Complément : Le sulfate de cuivre
Le sulfate de cuivre est un solide ionique de formule brute \(\ce{CuSO4}\). De couleur blanche sous forme anhydre, le sulfate de cuivre est particulièrement hygroscopique et se colore en bleu au contact de l'eau. Il est donc utilisé pour détecter la présence d'eau.
Les solutions aqueuses de sulfate de cuivre, plus connues sous le nom de bouillie bordelaise, sont également utilisées comme fongicides pour l'agriculture.
Données :
\(M(\ce{Cu}) = 63,5\ \mathrm{g\cdot mol^{-1}}\) ; \(M(\ce{S}) = 32,1\ \mathrm{g\cdot mol^{-1}}\) ; \(M(\ce{O}) = 16,0\ \mathrm{g\cdot mol^{-1}}\).
❓ Problématique
Un agriculteur souhaite préparer une solution de sulfate de cuivre pour traiter ses semences.
1️⃣ 1ère partie : Préparation d'une solution⚓
Complément : 📚 Document n°1 : Pictogramme de sécurité
Complément : 📚 Document n°2 : La dissolution
Une dissolution consiste à dissoudre une certaine masse \(m\) d'un soluté dans un volume \(V\) précis de solvant.
La solution obtenue a pour concentration en masse \(C_m\) : \[\definecolor{grisRGB}{RGB}{225, 225, 225} {\fcolorbox{red}{grisRGB}{$ \begin{array}{rcl} \mathbf{\Large C_m = \dfrac{m}{V_\textsf{sol}} } \end{array} $}}\]
Connaissant la masse molaire \(M\) de l'espèce à dissoudre, on obtient la relation donnant la concentration en \(\mathrm{mol\cdot L^{-1}}\) : \[\definecolor{grisRGB}{RGB}{225, 225, 225} {\fcolorbox{red}{grisRGB}{$ \begin{array}{rcl} \mathbf{\Large C = \dfrac{n}{V_\textsf{sol}} } \end{array} $}}\]
⚙️ Travail à réaliser
On souhaite préparer, le plus précisément possible, avec le matériel à disposition sur la paillasse, \(50,0\ \mathrm{mL}\) d'une solution de sulfate de cuivre de concentration en masse \(C_m = 50,0\ \mathrm{g\cdot L^{-1}}\).
Question⚓
Q1. Rechercher la signification des pictogrammes de sécurité et les précautions à prendre lors de la manipulation du sulfate de cuivre.
Solution⚓
Q1.
Le sulfate de cuivre est un produit irritant pour la peau et les yeux, ou pouvant provoquer une irritation cutanée ou oculaire. Il est également très toxique pour les organismes aquatiques, entraîne des effets néfastes à long terme.
Les précautions à prendre sont :
Porter des équipements de protection individuelle : blouse, gants, lunettes de protection.
Éviter tout contact avec la peau et les yeux : manipuler avec précaution, ne pas toucher le produit à mains nues.
Ne pas ingérer : ne jamais manger, boire ou fumer lors de la manipulation.
Travailler dans un endroit bien ventilé : éviter d’inhaler les poussières.
Éviter le rejet dans l’environnement : le sulfate de cuivre est très toxique pour les organismes aquatiques.
En cas de contact avec la peau ou les yeux : rincer abondamment à l’eau et consulter un médecin si nécessaire.
Respecter les consignes de sécurité affichées au laboratoire.
Question⚓
Q2. Proposer un protocole de préparation de cette solution. Indiquer pour cela la masse à prélever, la verrerie à utiliser et décrire chaque étape.
Solution⚓
Q2.
On veut \(50,0\ \mathrm{mL}\) d'une solution de sulfate de cuivre de concentration en masse \(C_m = 50,0\ \mathrm{g\cdot L^{-1}}\).
Il faudra donc prélever une masse de : \(m=C_m \times V_\textsf{sol}=50,0 \times 50,0 \cdot 10^{-3}=2,5\ \mathrm{g}\)
Peser la masse de \(2,5\ \mathrm{g}\) à l'aide d'une coupelle de pesée et d'une balance préalablement tarée avec la coupelle.
Introduire cette masse prélevée, à l'aide d'un entonnoir à solide, dans une fiole jaugée de \(50 \ \mathrm{mL}\) préalablement rincée à l'eau distillée.
Rincer la coupelle de pesée et l'entonnoir à solide avec de l'eau distillée, l'eau de rinçage va dans la fiole jaugée.
Ajouter de l'eau distillée jusqu'à la moitié de la fiole jaugée, et agiter cette dernière sans la retourner, afin de dissoudre le solide.
Une fois le solide complètement dissout, compléter avec de l'eau distillée la fiole jaugée jusqu'au trait de jauge (attention au bas du ménisque).
Boucher, puis agiter en reversant plusieurs fois afin d'homogénéiser le mélange.
Question⚓
Q3. Après validation par le professeur, préparer la solution et la faire vérifier. Schématiser les étapes clés.
Question⚓
Q4. Calculer la concentration en \(\mathrm{mol\cdot L^{-1}}\) de la solution obtenue.
Solution⚓
Q4.
La masse molaire du sulfate de cuivre est :
\(M_\mathrm{\ce{CuSO4}}=M_\mathrm{\ce{Cu}}+M_\mathrm{\ce{S}}+4\times M_\mathrm{\ce{O}}\)
\(M_\mathrm{\ce{CuSO4}}=63,5+32,1+4\times 16,0=159,6\ \mathrm{g\cdot mol^{-1}}\)
\(C=\dfrac{C_m}{M}=\dfrac{50,0}{159,6}=3,13\cdot 10^{-1}\ \mathrm{mol \cdot L^{-1}}\)
2️⃣ 2ème partie : Préparation d'une solution moins concentrée⚓
Complément : 📚 Document n°3 : La dilution
La dilution d'une solution consiste à ajouter du solvant (très souvent de l'eau) dans le but de diminuer la concentration de la solution de départ (appelée solution mère). La solution obtenue (appelée solution fille) est donc moins concentrée.
Afin de connaître précisément la concentration \(c_f\) de la solution fille, il faut également connaître précisément le volume prélevé \(V_i\) de solution-mère (de concentration connue) et le volume total \(V_f\) de solution fille préparée.
On définit le facteur de dilution \(f\) par : \[\definecolor{grisRGB}{RGB}{225, 225, 225} {\fcolorbox{red}{grisRGB}{$ \begin{array}{rcl} \mathbf{\Large f = \dfrac{c_i}{c_f} = \dfrac{V_f}{V_i} } \end{array} $}}\]
⚙️ Travail à réaliser
La solution de sulfate de cuivre préparée précédemment est trop concentrée et l'agriculteur ne peut donc pas l'utiliser pour traiter ses semences. Il souhaite obtenir une solution 10 fois moins concentrée.
Question⚓
Q5. Proposer un protocole de préparation de cette solution. Indiquer pour cela le volume à prélever, la verrerie à utiliser et décrire chaque étape.
Solution⚓
Q5.
On veut une solution 10 fois moins concentrée, donc \(f=10\), et nous avons une fiole jaugée de \(200 \ \mathrm{mL}\) à notre disposition.
Il faut prélever un volume de solution mère :
\(\left( V_i \right)_\textsf{prélevé} =\dfrac{V_f}{f}=\dfrac{200}{10}=20 \ \mathrm{mL}\).
Il faudra donc prélever un volume de solution mère de \(20 \ \mathrm{mL}\) :
Prélever de la solution mère à l'aide d'une pipette jaugée de \(20\ \mathrm{mL}\) munie d'une poire aspirante (ou propipette ou pipeteur), préalablement rincée avec la solution mère.
Introduire ce volume prélevé dans une fiole jaugée de \(200 \ \mathrm{mL}\) préalablement rincée à l'eau distillée.
Ajouter de l'eau distillée jusqu'à la moitié de la fiole jaugée, et agiter cette dernière sans la retourner, afin de mélanger la solution.
Compléter avec de l'eau distillée la fiole jaugée jusqu'au trait de jauge (attention au bas du ménisque), puis voucher, et agiter en reversant plusieurs fois afin d'homogénéiser le mélange.
Question⚓
Q6. Après validation par le professeur, préparer la solution et la faire vérifier. Schématiser les étapes clés.