Anabac

Sciences Physiques

Pondichéry 2012

Exercice 2

Énoncé et correction

 

 

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Exercice 2 : Spectrophotométrie (5,5 pts)

1ière partie : lumière et spectrophotométrie.

2ième partie : Dosage colorimétrique par étalonnage.

Courbe d'étalonnage

 

 Exercice 2 : Spectrophotométrie (5,5 pts)

La lumière est un « outil » précieux en chimie analytique.

En effet, toute espèce chimique est susceptible d’interagir avec des

radiations lumineuses.

Par exemple, une espèce colorée X absorbe certaines radiations

visibles.

Le principe de la spectrophotométrie repose sur la mesure de

l’absorbance A de l’espèce X en solution dans un solvant Y.

Cette grandeur A est le résultat de la comparaison de deux

intensités lumineuses :

celle d’une radiation monochromatique ayant traversé une cuve

transparente contenant le solvant Y, et celle de la même radiation

émergeant de la même cuve contenant la solution de l’espèce X

dans le solvant Y.

 

 

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1. 1ière partie : lumière et spectrophotométrie.

1.1. Donner les valeurs limites des longueurs d’onde du spectre visible

dans le vide et les couleurs correspondantes.

1.2. Situer, du point de vue de leur longueur d’onde, les rayonnements

ultraviolets et infrarouges par rapport au spectre visible.

1.3. Le rôle du monochromateur dans un spectrophotomètre est de

sélectionner une radiation monochromatique particulière. Donner la

définition d’une lumière monochromatique.

1.4. Certains monochromateurs comportent un prisme de verre.

1.4.1. Définir l’indice de réfraction n d’un milieu transparent.

1.4.2. De quel paramètre caractéristique d’une radiation lumineuse

dépend l’indice n pour un milieu transparent donné ?

1.4.3. Le prisme de verre décompose la lumière blanche. Nommer

le phénomène responsable de cette décomposition et le décrire

brièvement en quelques lignes.

1.4.4. Lors d’une réfraction air-verre, la déviation d’une radiation

lumineuse est d’autant plus importante que la longueur d’onde de

la radiation est faible. Sans faire de calcul, compléter la figure de

la feuille annexe (à rendre avec la copie) en y faisant figurer le

trajet d’un rayon lumineux bleu et d’un rayon rouge à l’intérieur du

prisme et après sa sortie.

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2. 2ième partie : Dosage colorimétrique par étalonnage.

On se propose de déterminer la concentration en diiode dans une

teinture d’iode officinale.

On commence par diluer 200 fois la teinture d’iode (trop concentrée

pour une étude spectrophotométrique directe).

La solution aqueuse obtenue à l’issue de cette dilution est appelée

solution S.

 

Par ailleurs, on dispose d’un ensemble de solutions aqueuses de diiode

notées Di (D1, D2, etc.) de concentrations connues toutes différentes.

Ces solutions ont des colorations proches de celle de la solution S.

Données :

Spectre d’absorption d’une solution aqueuse de diiode

de concentration molaire C = 3,0 x 10 – 3 mol.L–1

 

Masse molaire atomique de l’iode : 127 g.mol-1

 

Écart relatif entre une valeur expérimentale Gexp et une valeur attendue

Ga d’une grandeur quelconque G :

2.1. On peut trouver expérimentalement un encadrement de la

concentration en diiode de la solution S, sans utiliser un

spectrophotomètre.

2.1.1.  Expliquer brièvement la méthode.

2.1.2.  Pourquoi lors de la mise en œuvre de cette méthode, faut-il que

les récipients utilisés (tubes à essais ou béchers) soient tous

identiques ?

2.2. À l’aide d’un spectrophotomètre, on mesure l’absorbance Ai de

chaque solution Di de diiode, puis celle de la solution S.

2.2.1. Donner la valeur d’une longueur d’onde qui vous paraît bien

appropriée pour ces mesures. Justifier brièvement.

2.2.2.  On obtient les résultats suivants :

Concentration C

de la solution

en μmol / L

50

100

250

500

750

1000

Absorbance A

de la solution

0,041

0,10

0,22

0,46

0,70

0,87

 

Absorbance de la solution S : A = 0,78.

 

La courbe d’étalonnage de l’absorbance en fonction de la

concentration molaire C en diiode est fournie en annexe.

 

La relation entre l’absorbance A et la concentration C est

appelée loi de Beer-Lambert.

Elle s’écrit : A = k . C avec k une constante et C la

concentration molaire de l’espèce colorée dans la solution.

La courbe d’étalonnage obtenue est-elle en accord avec cette loi ?

Justifier

2.2.3. Déterminer graphiquement la concentration molaire CS.exp en

diiode de la solution S. En déduire la concentration molaire Cexp

en diiode de la teinture d’iode officinale.

2.3. La teinture d’iode officinale est étiquetée à 5,0 % en masse de

diiode. Sa masse volumique est ρ = 9,0 x 102 g . L– 1.

2.3.1.  À partir de ces données, vérifier que la concentration massique

Cm en diiode attendue dans cette teinture est 45 g . L– 1.

2.3.2.  En déduire la valeur de la concentration molaire attendue en

diiode dans cette teinture. On la notera Ca.

2.3.3.  Calculer l’écart relatif entre la valeur expérimentale Cexp à la

valeur Ca. Conclure.

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Questions 2.2.2 et 2.2.3 : Courbe d’étalonnage :

 

 

 

 

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