Dosage du fer dans la laine d'acier

[invite4633f09e]

Bonjour,
Je dois trouver la masse de fer présent dans une prise de laine d'acier et le pourcentage de fer présent dans la laine d'acier utilisée. Notre professeur nous a dit de faire une équation redox pour trouver cela. J'ai donc ceci:
20 FeSO4 + 2KMnO4 + 8H2SO4 --> 10 Fe2(SO4)3 + 2MnSO4 + 8H2O +KOH

J'ai prélevé 0,5 g de laine d'acier que j'ai mélangé avec 1/3 de tube à essais d'une solution de CuSO4.5H2O (2,5g de CuSO4.5H2O).
J'ai ensuite chauffé la solution jusqu'à la fin du dégagement de H et disparition de la laine.
J'ai ensuite filtré la solution et ai ajouté 10ml de H2SO4 2mol/L. Après cela, j'ai titré à l'aide de KMnO4 0,1mol/L (Vmoyen = 15,3 ml).

Je ne vois pas du tout quels calculs faire. Je sais calculer le nombre de mol de H2SO4, par exemple, en fonction de son volume et de sa concentration, ce qui me donne 0,02 mol, mais je ne sais pas comment accorder tous les calculs. Je ne vois pas comment je suis censée trouver la masse de fer présent dans la laine d'acier.
Pourriez-vous m'aider svp ?
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[moco]

La première chose à faire est de voir que la première réaction n'est pas la réaction de fer + H2SO4 comme tu as l'air de le croire, mais c'est la réaction de Fe ave CuSO4 (ou plus exactement avec le ion Cu2+ présent dans la solution de CuSO4).
Et il s'agit de la réaction : Cu2+ + Fe --> Cu + Fe2+, qu'on peut aussi écrire : CuSO4 + Fe --> Cu + FeSO4.
Il ne doit pas y avoir de dégagement d'hydrogène. Si c'et le cas, c'est qu'il y avait un peu d'acide en solution.

Ensuite il te faut établir une équation qui tienne la route. La tienne présente une certain degré de fantaisie, car elle n'est pas équilibrée. Il n'y a pas le même nombre d'atomes S, K et H à gauche et à droite. D'autre part, elle produit un hydroxyde (KOH) qui ne peut jamais apparaître en milieu acide.

Ensuite pour les calculs, il te faut calculer le nombre de moles de KMnO4 que tu as consommé en appliquant : n = cV. Puis tu calcules le nombres de moles de FeSO4 qui correspond à ce nombre de moles de KMnO4, en utilisant le rapport des coefficients de l'équation.

[invite4633f09e]

Merci de votre réponse !

Oui, je me suis trompée dans l'ordre des réactions.

J'ai calculé n de KMnO4, ce qui me donne 1,53 mol.
Le problème avec l'équation, c'est justement que je ne sais pas la faire. J'ai:
CuSO4 + Fe --> FeSO4 + Cu2+

Ensuite

2FeSO4 + Cu2+ + H2SO4 --> Fe2(SO4)3 + Cu2+ + H2+

Et après, c'est là que je bloque

Fe2(SO4)3 + Cu2+ + H2+ + 2KMnO4 --> H2O + CuO + FeO + K2SO4? + ??

Que faire du Mn ?
J'ai dû me tromper dans cette équation aussi, mais je ne sais pas m'en tirer

[moco]

Aïe, aïe !
Avant d'avancer dans quelque discussion que ce soit, il faut absolument te convaincre qu'une équation est fausse, absurde et inutilisable, si on n'y trouve pas le même nombre d'atomes et de charges des deux côtés de la flèche. Inutile de faire des calculs basés sur une équation fausse.

Par exemple, la première équation que tu as écrite est fausse, car il y a deux charges positives à droite et rien à gauche. Il fallait copier correctement l'équation que je t'ai pourtant donnée précédemment, et c'est : CuSO₄ + Fe --> Cu + FeSO₄. Il ne fallait pas y ajouter de charge positive sur le Cu de droite.

Il y a au moins trois erreurs dans la 2ème équation que tu donnes. 1)Tout d'abord, on ne reporte jamais dans une équation que ce qui change. Dans ton équation, il y a Cu²⁺ à gauche et à droite. Donc il faut les biffer les deux. 2) Ensuite, il y a 2 charges + à gauche et trois à droite. C'est incorrect ! 3) On ne peut pas inventer des formules parce que cela t'arrange. Par exemple tu inventes un ion H₂⁺, qui hélas n'existe pas !

La dernière équation dénote un degré élevé de fantaisie. Toutes les molécules (à part KMnO4) sont fausses, fantaisistes ou inexistantes. Je ne m'y attarderai pas.

Et pour finir ton calcul du nombre de moles de KMnO₄ est faux pour des questions d'unités. Ce n'est pas 1,53 mole, mais 1.53 millimole, ou 0.00153 mole, qu'il fallait trouver. Attention ! C'est mille fois trop !

Il te faut reprendre l'ensemble du problème depuis le début. Premièrement tu mets du fer Fe (et pas Fe2+) au contact d'une solution de CuSO₄ (qui dans l'eau se transforme en un mélange d'ions Cu[SUP]2+[/SUP et SO₄²-). Il se passe une réaction qui forme un dépôt brun de métal cuivre. Le métal cuivre a pour symbole Cu et pas Cu²⁺. Il y a une grande différence entre le métal Cu qui est un solide brun, insoluble dans l'eau, et l'ion Cu²⁺ qui n'est pas un métal, qui est bleu et soluble dans l'eau. L'équation de la réaction est, comme je te l'ai déjà dit dans mon précédent message :
Cu²⁺ + Fe --> Cu + Fe²⁺, qu'on peut aussi écrire entre molécules : CuSO₄ + Fe --> Cu + FeSO₄.

On ajoute un peu d'acide pour détruire les éventuelles traces de fer qui auraient résisté à l'action de CuSO₄. Et dans ce cas, on détruit ces éventuels résidus par l'équation :
Fe + H₂SO₄ --> FeSO₄ + H₂.
et on peut écrire cette équation sous forme ionique :
Fe + 2 H⁺ --> Fe²⁺ + H₂

Maintenant, après cette addition d'acide, on est sûr que tous les atomes de fer ont été transformées en sulfate de fer FeSO₄ qui est soluble dans l'eau (et qui dans l'eau est transformé en ion Fe²⁺ et SO₄^2-).

Après quoi, on filtre pour se débarrasser de ce dépôt de cuivre brun qui gênerait la suite. Et on dispose ainsi d'une solution limpide où tout le fer est transformé en ion Fe²⁺, et qui formerait FeSO₄ si on évaporait la solution.

On va faire réagir ce FeSO₄ avec KMnO₄, selon une réaction d'oxyde-réduction, que tu devrais savoir équilibrer avec la technique des demi-équations, dont j'espère tu connais le principe. Sinon, il faudra apprendre à maîtriser cette technique. Pour cela tu devrais savoir que le manganèse se réduit en ion Mn²⁺, et que le fer Fe²⁺ s'oxyde en ion Fe³⁺. Quoi qu'il en soit, l'équation finale de ce titrage fer - permanganate se fait selon l'équation :
MnO₄^- + 5 Fe²⁺ + 8 H⁺ --> .. à toi de trouver ce qu'il y a à droite

L'important pour ton calcul est le fait qu'un ion MnO₄^- est capable d'oxyder 5 lions Fe²⁺. Attention à ce CINQ. Ce CINQ est fondamental. Cela veut dire que tes 0.00143 mole de KMnO₄ ont réussi à réagir avec 5 fois plus de fer, donc 0.00715 mole de ion Fe²⁺, lesquels proviennent de 0.00715 mole de fer métallique. Et 0.00715 mole de fer pèse 0.400 g. C'est la teneur en métal fer de ton échantillon d'acier. Le reste de masse pour aller à 0.5 g est formé d'autres métaux

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite4633f09e]

Merci beaucoup de votre aide !
La personne devant faire ce rapport avec moi m'a (encore) laissée en plan...

Effectivement, je savais que les équations seraient fausses, mais pas à ce point .. ^^'. Le problème est que j'essayais de faire une seule équation au lieu de plusieurs, ce qui, forcément, posait problème. Je ne sais pas pourquoi je bloquais tant que ca, car au final, ce n'était pas si compliqué, et j'ai déjà fais des équations plus dures.. Je crois que je ne savais juste pas quoi faire de mes données, et je mélangeais tout du coup.

Soit, je vais faire tout cela et, si je devais bloquer je m'en excuse, mais je reviendrai vers vous .

Je vous remercie encore une fois ! Bonne journée