titrage Fe2+ par Ce4+

[invite0fc395b9]

bonjour,
j'ai un tp à préparer et je ne comprend pas trop ce qu'il veut nous faire faire.
on titre par ampérométrie à deux électrodes indicatrices( deux platines) et à une électrode indicatrice ( montage à TROIS !!! électrodes) ... quel est le prinicipe des deux dosages je vois pas bien...
ensuite on nous impose des potentiels puis on nous dit d'en choisir un entre 600mV et 900 mV et de justifier ???
je ne vois pas très bien ce que je dois faire...
merci pour votre aide c'est important !!!
sweety
-----

[moco]

Pour te répondre valablement, il faudrait savoir ce que tu vas faire. Tu dis que tu fais un dosage fer - Cérium. Fort bien. Mais on peut faire un tel dosage sans ampérométrie.
Est-ce que tu fais ce dosage en utilisant l'ampérométrie comme moyen de repérer le point d'équivalence, ou le point final du dosage ?
Est-ce que tu fais des mesures ampérométriques en continu pendant le dosage ?
Est-ce que tu dois aussi faire une mesure potentiométrique ?

[invite0fc395b9]

je dois à la fin calculer le titre de Fe2+.
en fait on nous imposer des valeurs de E et on trace à chaque fois i=f(V) et i=f(V-Vo/Vo) où V volume versé de Ce4+ et Vo volume du solvant qui est l'acide perchlorique HClO4 tout cela avec un montage à deux électrodes de platine ( ???) et ensuite on nous demande de choisir un potentiel entre 600mV et 900mV que l'on doit justifier ( ??? ) et retracer les deux droites. on calcule ensuite le titre de fe2+ et on conclut.
merci de toute réponse pouvant m'aider

[moco]

A lire le caractère flou et incohérent de ta demande, on en vient à se poser des questions plus fondamentales à ton sujet. Qu'est-ce que tu sais?
Est-ce que tu sais ce qui se passe dans une électrolyse ?
Est-ce que tu connais les électrodes redox ?
Est-ce que tu sais la différence entre l'usage d'une électrode de platine et celui d'une autre électrode ?
Est-ce que tu connais la loi de Nernst, qui exprime le potentiel d'une électrode en fonction de la concentration ?
Est-ce que tu connais la loi de Faraday, qui exprime le rapport entre la masse déposée et le courant utilisé ?
Est-ce que tu sais la différence entre la potentiométrie et l'ampérométrie ?
Où est-ce que nous devons commencer notre explication ?

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite0fc395b9]

ce n'est pas ma faute si je ne connais pas l'électrolyse sauf celle de l'eau or la il n'y a pas d'autre. je ne connais pas la différence entre l'électrode de platine et les autres ni la loi de faraday puis que temps n'est pas important dans ce tp ni la différence entre potentiométrie et ampérométrie
situ ne veux pas m'aider dis le mais pas la peine de me descendre
merci !

[moco]

On ne cherche pas à te descendre, mais juste à comprendre à quel niveau tu te trouves. La seule chose que tu connais donc est l'électrolyse de l'eau. C'est très embarrassant car dans ton problème on ne fait pas l'électrolyse de l'eau.
Je vais reprendre l'électrolyse par le début.

Qiuand on fait une électrolyse de par exemple CuCl₂, on attire les ions positifs ou cations Cu²⁺ vers la cathode, et les anions Cl^- vers l'anode. Une fois qu'ils y arrivent, en principe ils se déchargent : les ions positifs Cu²⁺ reçoivent un électron et forment un dépôt de métal Cu. Les ions négatifs Cl^- donnent leur électron à l'électrode et forment un dépôt de bulles de chlore Cl₂.
Mais cela je pense que tu le sais.

Toutefois, c'est rarement aussi simple. il y a souvent des compications.

1. Pour que le chlore se dégage ci-dessus, il faut que l'anode soit en platine. Si on choisit n'importe quel autre métal (cuvre, fer, or, etc.) à l'anode, on n'observe pas de dégagement de chlore Cl₂, mais c'est l'anode elle-même qui donne les électrons, et se détruit donc petit à petit. Si l'anode est en cuivre on a l 'équation :
Cu --> Cu²⁺ + 2 e^-
et la solution s'enrichit en ion cuivre. C'est très génant, car on ajoute des ions indésirés à la solution étudiée. Avec le platine il n'y a pas ce risque.

2. Il existe une autre complication, celui par exemple des ions qui refusent de se décharger, comme Na⁺, K⁺ ou NO₃^-. Dans ce cas, c'est l'eau qui prend le relais et qui donne des électrons à l'anode, et qui en prend à la cathode. Dans une électrolyse de NaNO₃, au lieu d'avoir, à la cathode :
Na⁺ + e^- --> Na
on a :
2 H₂O + 2 e^- --> 2 OH^- + H₂
De même à l'anode :
Au lieu d'avoir :
NO_3^- --> "NO₃" + e-
on a :
2 H₂O --> 4 e^- + O₂ + 4 H⁺

3. Il y a des ions positifs qui ne se déchargent qu'en partie, comme Ce⁴⁺ et Fe³⁺, selon :
Ce⁴⁺ + e- --> Ce³⁺

4. Il existe des ions qui se déchargent en partie certes, mais qui changent aussi leur teneur en atomes d'oxygène. Cela complique la chimie. Ex.: le ion permanganate MnO₄^- qui réagit à la cathode ainsi :
MnO_4^- + 8 H⁺ + 5 e- --> Mn²⁺ + 4 H₂O
L'électrode fonctionne alors en ce qu'on appelle une électrode redox.

Je n'ai pas encore parlé des potentiels. Est-ce que je continue ?

[invite0fc395b9]

oui merci si tu pouvais continuer
excuse pour tout à l'heure mais je rame un peu .
dans mon tp j'ai deux électrodes de platine donc si j'ai bien compris pas de problème et fe2+ devient Fe3+ et non pas Fe

[moco]

J'imagine que tu n'as pas compris ce qu'est un potentiel. Si je me trompe, tu passes plus loin.

On va commencer par les piles, et on passera après aux potentiels.
La pile la plus simple marche sur le principe qu'il y a des métaux comme le zinc Zn qui ont "envie" de perdre leurs électrons (et devenir des ions), et qu'il y a d'autres métaux qui n'ont pas cette envie (comme Cu) , et qui, au contraire aimeraient volontiers que leurs ions captent des électrons pour devenir un bout de métal.

Si on trempe un morceau de zinc Zn dans une solution de sulfate de cuivre CuSO₄, il se passe la réaction globale suivante :
Zn + CuSO₄ --> ZnSO₄ + Cu
qu'il est plus intéressant d'écrire sous forme ionique :
Zn + Cu²⁺ --> Zn²⁺ + Cu
car on voit mieux que Zn a perdu deux électrons et que le ion Cu²⁺ les a captés. On le voit encore mieux en séparant le destin de ces deux atomes et en écrivant les deux demi-équations suivantes :
Zn --> Zn²⁺ + 2 e^-
Cu²⁺ + 2 e- --> Cu
Remarque l'emploi du terme demi-équation, qui veut dire que l'une ne peut pas être séparée de l'autre.

Pour faire une pile, on va séparer ces deux demi-équations : on met une barre de zinc dans un premier récipient et la solution de cuivre dans un autre. Les deux récipients ne sont séparés que par une cloison poreuse, qui permet le passage des ions de l'une à l'autre. Si on trempe une barre de métal cuivre dans la solution de sulfate de cuivre, cela ne génera pas la chimie, puisque de toute façon, on s'attend à ce que du métal cuivre se déposera dans la réaction. Si maintenant on relie les deux tiges de zinc et de cuivre par un fil électrique, les électrons créés par le zinc peuvent traverser ce fil pour aller dans l'autre solution décharger les ions Cu²⁺. Cela crée un petit courant, donc une pile.

Au lieu de mettre simplement un fil électrique entre le zinc et le cuivre, on peut intercaler une ampoule ou un moteur. La lampe s'allumera et le moteur tournera.
Mais on peut aussi intercaler un voltmètre. C'est un appareil qui mesure la force (ou l'énergie) des électrons. Certaines piles donnent des électrons forts, ou énergiques, et d'autres pas. On mesure l'énergie des électrons en volt. Certaines piles donnent des électrons de 1.5 volt, d'autres de 4.5 Volt, d'autres de 9 Volts. Celles-ci sont assez fortes. Mais aucune ne fournit le courant hyper-puissant que l'on peut se procurer sur le réseau de la ville : les électrons y sont gonflés à 220 volts. Wouaouh ! Tu te rends compte ! 220 volts !

Est-ce que je continue ?

[invite0fc395b9]

oui pas de problème continue tu devrais être prof tu explique trop bien

[invite0fc395b9]

dsl je dois y aller ca t'ennuies pas si on reprend ca demain soir stp
merci encore pour tes lumières

[moco]

Eh oui. Je suis un prof de chimie.

Bon. Imagine que tu compares maintenant trois électrodes. Tu mets trois tiges l'une de zinc, l'autre de cuivre et la troisième d'argent dans trois petits récipients cylindriques en terre poreuse. Tu mets dans chaque récipient une solution du ion correspondant, donc Cu²⁺ au contact de la tige de cuivre, Zn²⁺ dans le tube contenant la tige de zinc, et Ag⁺ dans le récipient à la tige d'argent. Tu mets ces trois récipients dans un grand baquet contenant un peu d'eau au fond, pour permettre aux ions de passer d'un récipient à l'autre à travers la dite eau.

Tu peux coupler ces trois électrodes Zn, Cu et Ag avec un fil électrique de trois façons différentes : soit Zn-Cu, soit Zn-Ag, soit Cu-Ag. Tu feras trois piles, et tu peux mesurer la force de ces piles. Le mot force n'est pas fameux. On dit plutôt la tension (la force est une notion mécanique). On trouve les rélsultats suivants :
la pile Zn-Cu a une tension de 1,10 volt. la pile Cu-Ag a une tension de 0.46 Volt, et la pile Zn-Ag a une tension de 1.56 Volt. La pile Zn-Ag a exactement la somme des deux autres. C'est assez bizarre !

Si on remplace l'un des métaux, par exemple le cuivre, par un autre comme le plomb, c'est pareil. La tension de la pile Zn-Pb (0.45 V) plus celle de la pile Pb-Ag (1.11 V) donnera la tension de la pile Zn-Ag (1.56 V).

Tout se passe comme si chaque métal trempant dans son ion avait un certain "potentiel". Le zinc serait à zéro, le plomb à 0.45 V, le cuivre à +1.1 V, et l'argent à +1.56 V. On calcule la tension d'une pile en faisant la différence de potentiel de chaque métal. Tu dois déjà avoir entendu parler de ce mot : différence de potentiel, non ?

Reste le problème du choix du zpéro. En réalité il n'y a aucune raison de choisir le zinc pour zéro. On pourrait mettre le cuivre au niveau zéro. Le zinc serait à - 1.1 V, et l'argent à + 0.46 V. Cela irait aussi !

Faute d'arguments en faveur du choix d'un zéro, on a décidé de prendre l'atome le plus léger comme référence, l'hydrogène, qui est hélas un gaz et pas un métal. Cela ne simplifie pas les choses. Qu'à cela ne tienne ! On peut faire une "tige d'hydrogène" en prenant une éponge de platine remplie de gaz H₂. Si l'hydrogène est à zéro, le zinc se trouve à -0.76 V, le cuivre à +0.34 V, et l'argent à + 0.80 V. Cela va très bien aussi.

Tu suis ? Je crois que je vais arrêter ce soir. Je fatigue. Il est 2230 !

[invite42d02bd0]

oui merci si tu pouvais continuer
excuse pour tout à l'heure mais je rame un peu .
dans mon tp j'ai deux électrodes de platine donc si j'ai bien compris pas de problème et fe2+ devient Fe3+ et non pas Fe

Ce n'est pas possible en fait...

Tu dois avoir au moins 3 électrodes pour pouvoir imposer un potentiel stable!

Une anode, une cathode (en platine par exemple) + une électrode de référence à potentiel constant (Qui peut être une quasi référence si c'est également un fil de platine!)

[invite0fc395b9]

dans la première partie j'ai deux électrodes et dans la troisième j'en ai trois et il demande d'expliquer les deux choix et de choisir le meilleur

[moco]

On continue ? On va essayer d'aborder le problème des deux ou des trois électrodes.

Si tu trempes une tige de cuivre Cu dans une solution de ion Cu²⁺, tu observes que cette électrode est à un potentiel de 0.34 Volt, par rapport à l'hydrogène, ai-je dit dans mon message de hier. Cela demande commentaire.

Cette affirmation est vraie, mais elle n'est vraei que si la solution est 1 molaire (qu'elle contient 1 mole de CuSO4 par litre). Si elle ne contient pas 1 mole par litre, on calcule le potentiel par la loi de Nernst, qui s'établit ainsi : le potentiel E de l'électrode dépend du potentiel standard E° (qui est +0.34 V pour le cuivre) et du logarithme de la concentration [Cu²⁺] selon :

E = E° + (0,059/z)·log[Cu²⁺]

où z est le nombre d'électrons échangés à la cathode, et z = 2 pour Cu, puisque c'est la charge du ion Cu²⁺. Ce facteur 0.059 est un peu mystérieux. En réalité on peut établir en faisant tout un cheminement mathématique qu'il vaut 2,3RT/F. Je ne vais pas m'aventurer dans cette direction.

Si par exemple, la concentration du ion Cu²⁺ est 0.001 M, le log de la concentration vaut : log(0.001) = -3, et le potentiel de l'électrode de cuivre devient
E = 0.34 V + (0.059/2)(-3) = 0.34 V - 0.089 V = 0.25 V

Si tu calcules le potentiel d'une électrode de zinc, il vaut -0.76 V dans une solution 1 M. Dans une solution 0.001 M, il vaut, en faisant les mêmes calculs (j'espère que tu suis) :
E(Zn/Zn2+) = - 0.76 V + (0.059/2)(-3) = - 0.76 V - 0.089 V = - 0.85 V.

Imagine maintenant que tu fasses une pile avec une électrode de Cu 1M et une électrode de Zn 1 M. Ton voltmètre mesurera une tension de 0.34 -(-0.76V) = 1.10 V.

Si tu fais une autre pile avec une électrode de cuivre 0.001 M et une de zinc 0.001 M, tu mesureras une tension de : 0.25 V -(-0.85 V) = 1.10 V.
C'est la même valeur que deux lignes plus haut ! Cela peut être génant selonles situations.

Quand on a une pile quelconque, et qu'on dilue les deux compartiments de la même manière (ici d'un facteur 1000), le potentiel de chaque électrode varie, mais la tension mesurée, qui est la différence des deux potentiels ne change pas !

Ce serait mieux de pouvoir mesurer SEPAREMENT le potentiel de chaque électrode. On y parvient en introduisant une 3ème électrode, dont on s'arrange pour qu'elle ne travaille le moins possible aussi bien en anode qu'en cathode (par exemple en introduisant une très forte résistance électrique en série de cette électrode). Cette 3ème électrode peut être une électrode à hydrogène (éponge de platine remplie de H₂).

Dans ce cas, si on mesure la tension de la pile que forme l'électrode de Cu couplée avec celle d'hydrogène, on mesure 0.34 V en solution 1 M, et 0.25 V en solution 0.001 M. Ah ! Ca, c'est du travail sérieux ! Là, on sait ce qu'on fait !

Pareil avec l'électrode de zinc. Couplée avec l'électrode d'hydrogène, on forme une pile dont la tension est de 0 - (-0.76) = 0.76 V en solution 1 M, et 0 - (-0.85 V) = 0.85 V en solution 0.001 M.

J'espère que je ne te trouble pas avec mes moins moins qui deviennent plus. la tension d'une pile se calcule toujours en prenant le potentiel de l'électrode qui est le plus élevé en valeur algébrique, et en soustrayant le potentiel de l'électrode qui est le plus faible en valeur algébrique...

Faut-il continuer ?

[invite0fc395b9]

merci d'avoir répondu
oui s'il y a encore quelque chose que je dois savoir

[invite0fc395b9]

merci encore pour tout j'ai bien compris
juste un petit truc le fait que moi je mette tout dans le même bécher ca ne change rien... c'est la même chose que si je les mettais dans des compartiments différents ???
merci pour tout

[moco]

Il faudrait peut-être encore que je t'explique ce que c'est que l'ampérométrie, puisque c'est de là que tout notre échange de conversation est parti. Mais bon, hélas, je n'ai plus le temps. Je pars tout à l'heure pour un congrès qui va durer une semaine.

Ceci dit, il faut tout de même que je réponde à ta question, qui est essentielle. Si tu mélanges les deux solutions dans un bécher, sans les séparer par un diaphragme, il ne se passera rien du tout, pas de pile, rien, juste une réaction chimique redox. La réaction chimique se produira en solution entre atomes de Zn et ions de cuivre Cu²⁺. Les électrons du Zn passeront tout de suite sur Cu²⁺. Les électrons sont comme tout le monde. Ils suivent la loi du moindre effort. Tout ce qu'ils veulent, les électrons, c'est quitter le zinc au plus vite, pour aller décharger Cu²⁺. Ils doivent se dire entre eux : Pourquoi s'escrimer à sortir du zinc, à traverser un long circuit extérieur, dans lequel les humains ont même intercalé un appareil compliqué qu'ils appellent voltmètre ?

Mais je te vois venir. Tu me diras. Bon, mais à quoi bon un diaphragme ? N'est-il pas plus simple de mettre la tige de cuivre et le CuSO₄ dans un bécher et la tige de zinc Zn et l'eau dans un autre, quitte à relier les deux tiges métalliques par un fil avec ou sans voltmètre ?

Si tu procèdes ainsi, il ne se passera rien. Car le zinc libérera peut-être quelques électrons au début qui iront décharger autant de ions Cu²⁺. Mais le phénom ène s'arrête, car la solution se charge d'ions positifs Zn²⁺ qui retient le départ des électrons ultérieurs. De même à la cathode, la disparition des ions positifs Cu²⁺ crée une solution qui contient un excès de ions négatifs SO₄^2-. Cette solutuion repourssera les nouveaux électrons qui essaieraient de continuer à décherger les ions Cu²⁺.

Pour que la pile marche, il faut permettre à l'excès de ions Zn²⁺ créés autour de l'anode de rejoindre l'excès de ions SO₄^2-. Ces deux ions, étant de signe contraire, s'attirent et se rejoignent à travers la membrane. Et la pile peut continuer à fonctionner.

[invite0fc395b9]

je te remercie beaucoup sauf que moi mon titrage concentre Fe2+ et Ce4+... alors je sais pas si ca fait la meme chose