Titrage iodométrique d'une solution aqueuse d'acétone concours technicien laboratoire 2007

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Principe de la manipulation :

L'acétone réagit avec le diiode en milieu basique selon la réaction d'équation :

CH₃-CO-CH₃(aq) + 3 I₂(aq) + 4 HO^-(aq) = CH₃-COO^-(aq) + 3H₂O(l) + CHI₃(s) + 3I^-(aq)

On travaille avec un excès de diiode. Après avoir acidifié le milieu, le diiode n'ayant pas réagi est dosé par les ions thiosulfate en présence d'empois d'amidon.

Mode opératoire :

Dans un erlenmeyer on verse V= 10,0 mL de la solution d'acétone, V₁ = 20,0 mL d'une solution de diiode de concentration molaire volumique c₁ = 1,00 10^-1 mol/L et 5 mL d'une solution aqueuse d'hydroxyde de sodium à 5 mol/L. On bouche l'erlenmeyer et on agite pendant quelques minutes. Il se forme alors un précipité jaune de triiodométhane CHI₃(s).

Le volume V₁ de diiode doit être très précis : on utilise une pipette jaugée de 20,0 mL.

Le volume de solution d'hydroxyde de sodium est peu précis ( 5 mL) : on utilise une éprouvette graduée de 25 mL.

Le diiode I₂ est très peu soluble dans l'eau, à cause des interactions de type van der WAALS peu favorables (molécule "apolaire" de diiode et solvant "polaire" l' eau ).

La solubilité du diiode dans l'eau est augmentée si on utilise un agent complexant du diiode, l' iodure de potassium KI.

Les molécules de diiode forme alors l' anion triiodure, I₃^- selon la réaction équilibrée : I₂ + I^- = I₃^-

- dismutation du diode en ion iodure I^- (aq) et en ion iodate IO₃^- (aq) en milieu basique

3I₂ (aq) + 6 HO^-(aq)= 5 I^-(aq) + IO₃^- (aq) + 3H₂O(l) (1)

- réaction entre les ion iodate et l'acétone :

CH₃-CO-CH₃(aq) + IO₃^- (aq) + 2 I^-(aq) = CH₃-COO^-(aq) +2 HO^-(aq)+ CHI₃(s) (2)

- (1) est une réaction d'oxydoréduction. Retrouver les deux demi-équations électroniques.

Le mode opératoire parle de dismutation du diode pour la réaction (1). Que signifie ce terme ? Montrer qu'il y a bien dismutation dans la réaction (1).

réponse :

couple oxydant réducteur : I₂ (aq) / I^-(aq)

I₂ (aq) + 2e^- = 2 I^-(aq) ; le diiode joue le rôle d'oxydant qui se réduit.

couple oxydant réducteur : IO₃^- (aq) /I₂ (aq)

I₂ (aq) +12HO^-(aq)= 10e^- +2 IO₃^- (aq) + 6H₂O(l) ; le diiode joue le rôle de réducteur qui s'oxyde.

Le diiode joue un double rôle : il s'agit bien d'une dismutation.

Après 15 min, on acidifie le milieu en versant 20 mL de solution aqueuse d'acide sulfurique à 2 mol/L. On transforme alors les ions I^-(aq) et IO₃^- (aq) qui n'ont pas réagi en diiode :

5 I^-(aq) + IO₃^- (aq) + 6H⁺(aq) = 3I₂ (aq) + 3H₂O(l).

On dose alors le diiode qui n'a pas réagi par une solution de thiosulfate de sodium de concentration molaire volumique c₂ = 1,00 10_-1 mol/L. L'équation de la réaction support du dosage s'écrit : I₂ (aq) + 2S₂O₃^2-(aq) = 2 I^-(aq) +S₄O₆^2-(aq)

L'une des caractéristiques de la transformation associée à la réaction étudiée est qu'elle doit être totale. Vérifier cela, en calculant la constante d'équilibre K associée à l'équation de cette réaction.
E° ( S₄O₆^2-(aq) / S₂O₃^2-(aq) ) = 0,09 V ; E°(I₂ (aq) / I^-(aq)) = 0,62 V.

Comment repère t-on l'équivalence ?

Faire le schéma annoté du dispositif pour réaliser ce titrage.

réponse :

I₂ (aq) + 2S₂O₃^2-(aq) = 2 I^-(aq) +S₄O₆^2-(aq) ; K = [I^-(aq)]²[S₄O₆^2-(aq)] / ([S₂O₃^2-(aq)]²[I₂ (aq)]).

couple S₄O₆^2-(aq) / S₂O₃^2-(aq) : S₄O₆^2-(aq) + 2e^- = 2 S₂O₃^2-(aq)

E₁ = E° ( S₄O₆^2-(aq) / S₂O₃^2-(aq) ) + 0,03 log ([S₄O₆^2-(aq) ] /[S₂O₃^2-(aq)]² )

couple I₂ (aq) / I^-(aq) : I₂ (aq) + 2e^- = 2 I^-(aq)

E₂ = E° ( I₂ (aq) / I^-(aq) ) + 0,03 log (I₂ (aq) /[I^-(aq)]² )

A l'équilibre : E₁ = E₂ ;

E° ( S₄O₆^2-(aq) / S₂O₃^2-(aq) ) + 0,03 log ([S₄O₆^2-(aq) ] /[S₂O₃^2-(aq)]² ) = E° ( I₂ (aq) / I^-(aq) ) + 0,03 log ([I₂ (aq)] /[I^-(aq)]² )

0,03 log ([S₄O₆^2-(aq) ] /[S₂O₃^2-(aq)]² ) - 0,03 log ([I₂ (aq)] /[I^-(aq)]² ) = E° ( I₂ (aq) / I^-(aq) ) - E° ( S₄O₆^2-(aq) / S₂O₃^2-(aq) )

0,03 log ([S₄O₆^2-(aq) ][I^-(aq)]² / ([S₂O₃^2-(aq)]²[I₂ (aq)]) ) = 0,62-0,09 = 0,53

0,03 log K = 0,53 ; log K = 0,53/0,03 = 17,7 ; K = 4,6 10¹⁷.

K étant très grand, la réaction est totale.

On repère l'équivalence par le changement de teinte de l'empois d'amidon ( indicateur coloré).

On trouve V_E= 10,8 mL. Calculer c.

Claculer la masse d'acétone présente dans un litre de solution et comparer avec la valeur indiquée sur la bouteille ( M( acétone) = 58,1 g/L )

réponse :
Quantité de matière de diiode :

initiale : V₁c₁ = 20,0 10^-3*1,00 10^-1 = 2,00 10^-3 mol

en excès :

 I₂ (aq) + 2S₂O₃^2-(aq) = 2 I^-(aq) +S₄O₆^2-(aq)

d'où n(I₂) _excès = ½n(S₂O₃^2-) = 0,5 V_Ec₂ = 0,5 * 10,8,0 10^-3*1,00 10^-1 = 5,40 10^-1 mol

ayant réagit avec l'acétone : V₁c₁ - 0,5 V_Ec₂ = (2,00-0,540) 10^-3 = 1,46 10^-3 mol.

CH₃-CO-CH₃(aq) + 3 I₂(aq) + 4 HO^-(aq) = CH₃-COO^-(aq) + 3H₂O(l) + CHI₃(s) + 3I^-(aq)

n( acétone) =n( diiode) / 3 = (V₁c₁ - 0,5 V_Ec₂ ) / 3= 1,46 10^-3 / 3 = 4,87 10^-4 mol

n( acétone) = Vc ; c = (V₁c₁ - 0,5 V_Ec₂ ) /( 3V)= 4,87 10^-4 / 0,010 =4,87 10^-2 mol/L.

masse d'acétone présente dans 1 L :

4,87 10^-4 * 58,1 = 2,83 g/L.

écart relatif ( 3-2,83) / 3 =0,057 (5,7 %)

A 6 % près, accord avec l'indication de l'étiquette.