L'eau se Dakin

d'après bac France juin 2004

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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 :O : 16 ; Na : 23 ; Cl : 35,5 ; K : 39 ; Mn : 55 g/mol

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
    - Afin de réaliser une échelle de teintes, on prépare un volume V0 = 500 mL d'une solution mère S0 de permanganate de potassium à la concentration molaire en soluté apporté c0 = 0,01 mol/L. Calculer la masse de permanganate de potassium solide (de formule KMnO4) à peser pour préparer cette solution par dissolution.
    - La solution S0 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 10-4
    8 10-5
    6 10-5
    4 10-5
    2 10-5
    absorbance A
    0,221
    0,179
    0,131
    0,088
    0,044
    Tracer la courbe représentante A = f(c). Déterminer la relation numérique entre A et c.
    - À partir du spectre d'absorption ci-dessous réalisé avec une solution de permanganate de potassium, expliquer comment on a choisi la longueur d'onde pour cette étude.

    -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.
    - 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. En déduire la concentration molaire cexp en permanganate de potassium apporté de l'eau de Dakin. 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
    - 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.
    - 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. Justifier l'utilisation de l'eau salée pour la récupération du dichlore.
    - 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.

     




corrigé
Qté de matière KMnO4 :(mol) = volume solution (L) * concentration (mol/L) = V C0 = 0,5*0,01 = 5 10-3 mol.

M: masse molaire du permanganate de potassium. : 39+55+4*16 = 158 g/mol

masse de solide à peser : masse molaire (g*/mol) * Qté de matière (mol)

m = 158* 5 10-3 = 0,79 g.

La courbe est une droite qui passe par l'origine donc A et c sont proportionnelles.

coefficient directeur de la droite : 0,221 / 10-4 = 2,2 103 L/mol

soit A= 2,2 103 c.

On choisit la longueur d'onde correspondant au maximum d'absorption pour la solution de permanganate de potassium.

lecture graphique : environ 530 nm.

Sur ce spectre l'absorbance à l = 530 nm vaut 2,5 valeur bien supérieure 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 celles du tableau.

A = 0,14 donc cexp = A/ 2,2 103 = 0,14 / 2200 = 6,36 10-5 mol/L

D'après l'étiquette cette eau contient m = 0,0010 g de permanganate de potassium pour un volumeV = 0,1 L de solution.

Donc 0,010 g dans un litre de solution

Qté de matière (mol) = masse (g) / masse molaire (g/mol) = 0,01 / 158 = 6,33 10-5 mol dans 1 L

L'écart relatif vaut : (6,36 -6,33)/6,36 =0,004 ( 0,4%) écart relatif très faible.


Détermination du chlore actif.

En tenant compte de l'écriture de l'équation (1) on peut écrire:

2Cl- = Cl2 + 2e- oxydation de l'ion chlorure

2CIO-+ 4H+ + 2e- = CI2 + 2H2O réduction de ClO-

le dichlore est très soluble dans l'eau mais très peu soluble dans l'eau salée : l'eau salée permet de recueillir le dichlore dégagé par déplacement de l'eau salée.

Qté de matière dichlore (mol) = volume du gaz (L) / volume molaire des gaz ( L/mol)= 0,17 /24 = 7,08 10-3 mol

masse de dichlore : Qté de matière (mol) * masse molaire (g/mol)

7,08 10-3 * 71 = 0,503 g. 

L'écart relatif est ( 0,503-0,5)/0,5 = 0,006 ( 0,6 %) valeur très faible. 

Rôle du dihydrogénophosphate de sodium dihydraté. 

en milieu acide cette eau de Dakin se dénature en libérant du dichlore.

en milieu basique, il n'y a pas de dégagement de dichlore : le dihydrogénophosphate de sodium maintient la solution basique et celle-ci peut être conservée. 





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