Dosage des ions nitrate d'un engrais

[Kiku TS]

Bonjour, désolée de vous déranger, j'aimerais un peu d'aide s'il vous plait dans la résolution de mon DM... Il s'agit en fait d'une ou deux questions où je bloque...
Il porte sur le dosage d'ions nitrate dans un engrais. Voilà l'énoncé:

On prépare une solution So en dissolvant 2.00 g d'un engrais contenant des ions nitrate (NO3)- dans 250 mL d'eau distillée. A un volume Vo = 20 mL de So, on ajoute un volume V1 = 20 mL d'une solution S1 d'ions (Fe)2+ à la concentration [Fe2+]=0.20mol/L et 20 mL d'acide sulfurique concentré. On chauffe le mélange à ébullition pendant 5 min, puis, après refroidissement, on ajoute de la ferroïne. On dose par une solution S2 de dichromate de potassium ((2k)+(Cr2O7)2-) à la concentration C2=1.7.10^-2 mol/L. La solution vire du rouge au bleu très pâle après ajout d'un volume VE= 25.8 mL de solution S2.

Données:

Les couples oxydant/réducteur en présence sont (Fe)3+/(Fe)2+ ; (NO3)-/NO ; (Cr2O7)2-/(Cr)3+
La ferroïne forme un complexe rouge en présence d'ions Fe2+ et un complexe bleu très pâle en présence d'ions Fe3+.
Masses molaires = M(N)=14 ; M(O)=16

1/ Etude de la 1ere réaction

a) Ecrire l'équation de la premiere réaction qui se déroule après ajout de S1.
b) A quoi sert l'acide sulfurique concentré?
c) D'un point de vue de vitesse de réaction, pourquoi est-il intéressant de chauffer ?
d) Calculer nFe2+ dans le milieu réactionnel en fonction de la concentration [NO3-]o d'ions nitrate dans So à l'issue de la réaction, en supposant que les ions Fe2+ ont été introduits en excès et que la transformation est totale.

2/ Etude de la réaction de dosage

a) Ecrire l'équation de la réaction de dosage
b) Expliquer le changement de couleur. A quel point du dosage correspond-il?
c) Calculer nFe2+ présents au début de cette réaction.
d) En déduire [NO3-]o

3/ Conclusion

a) Calculer la masse d'ions nitrate dans 1 kg d'engrais
b) Quel type de dosage a-t-on réalisé?


REPONSES:

1/a) NO3- + 4H+ + 3e- = NO + 2H2O
( Fe2+ = Fe3+ + e- ) x3
=> NO3- + 4H+ + 3Fe2+ = NO + 2H2O + Fe3+

b) L'acide sulfurique dissout les métaux et provoque un dégagement gazeux ( ici NO ).

c) La chaleur augmente la vitesse de la réaction.

d) La réaction est dites totale, donc :
nNO3- = nFe2+/3
nNO3- = m/M = 2.00/62 = 3.22.10^-2 mol.
nFe2+ = 3.22.10^-2*3 = 9.66.10^-2 mol/L

2/a) (Cr2O7)2- + 14 H+ + 6e- = 2Cr3+ + 7 H2O
( Fe2+ = Fe3+ + e- ) x6
=> Cr2O72- + 14 H+ + Fe2+ = 2Cr3+ + 7H2O + 6 Fe3+

b)On sait que la solution est rouge puis elle devient bleue pale après l'ajout d'un volume VE de solution S1, d'acide sulfurique et de ferroïne. Or, la ferroïne met en évidence les ions Fe2+ par une coloration rouge et les ions Fe3+ par une solution bleue pale. Donc, on peut en déduire que les ions Fe2+ ont disparu et se sont transformés en ions Fe3+ à la suite du dosage avec S2. On est à l'équivalence.

c) ( Je ne suis pas sûre des résultats à partir du c. )
A l'équivalence:
nFe2+ = 6nCr2O72-
nCr2O72-= C2 * VE = 1.7.10^-2 * 25.8.10^-3 = 4.4.10^-4 mol
nFe2+ = 6 * 4.4.10^-4 = 2.6.10^-3 mol

d) ( Je ne vois pas comment faire... )
[NO3-]o * Vo = [Fe2+] * V1 <=> [NO3-]o = nFe2+/Vo = 2.6/20.10^-3 = 1.3.10^-4 mol/L

3/a) m(NO3-)b = ((m NO3-)a * 1000) / 2
b) On a un dosage par excès de réducteur.

J'espère que vous pourrez m'aider ! Merci à l'avance...

[SoS(9)]

Vous ne nous dérangez pas, nous sommes là pour ça!
A la question 1)b), vous répondez que l'acide sulfurique sert à dissoudre les métaux, mais ici, il n'y a pas de métaux! Regardez bien la demi équation du couple NO3-/NO, qu'observez vous?
D'autre part, il semblerait que les problèmes que vous rencontrez commencent à la question 2)c), dites nous ce qui bloque

[Kiku TS]

Merci pour la réponse !
Donc... l'acide agit sur NO3- qui se transforme en NO gazeux...Réaction acido-basique? ...
Et oui, à partir de c.) je bloque... ou plutôt à partir de la d.) : Je ne sais pas si mon raisonnement est bon et surtout, si il l'est, quel volume je dois utiliser... Le volume VE ou le volume Vo.

[SoS(9)]

Je n'ai pas dit qu'il s'agissait d'une réaction acido basique, il y a échange d'électrons, donc c'est une réaction d'oxydo réduction. En revanche, la demi équation du couple NO3-/NO nécessite la présence d'ions H+, d'où proviennent ces ions?

[Kiku TS]

De l'acide sulfurique H2SO4, non?

[SoS(9)]

Vous savez maintenant à quoi sert l'acide sulfurique.
J'aimerais maintenant que vous détailliez la réponse à la question 1)d). Il me semble qu'on n'utilise pas tous les ions nitrate dissous: on réalise 250mL et on n'en prélève que 20mL

[SoS(9)]

J'appelle Co=[NO3-]0. On ne peut pas calculer C0 car les 2g utilisés ne contiennent pas que des ions nitrate (il faut nécessairement un cation), donc on ne connait pas la masse molaire de l'engrais. En revanche, comme vous l'avez écrit, si la réaction est totale et que Fe2+ est en excès, c'est que NO3- est limitant. On en déduit alors xmax et (nFe2+)restant dans la solution

[Kiku TS]

A propos du 1/d ou du 2/d ?

[SoS(9)]

A propos du 1)d

[Kiku TS]

Ah, donc...d'après mon tableau d'avancement, x max = n NO3-
nNO3- = Co * Vo mais on ne peux pas avoir Co... la relation n = m/M ne peux pas marcher non plus...
Alors nFe2+ = 3* nNO3- = 3*xmax = 3 * ( [Fe2+] * V1 ) = 3* (0.20 * 20.10^-3 ), il s'agit de cette relation?

[SoS(9)]

Faites un tableau d'avancement, vous vous apercevrez que (nFe2+)restant = (nFe2+)0-3xmax, or (nFe2+)0=C1V1 et xmax=[NO3-]0*V0

[Kiku TS]

Mais nous n'avons pas Co.

[SoS(9)]

Nous n'avons pas C0, mais c'est la raison pour laquelle on vous demande d'exprimer (nFe2+)restant en fonction de C0. Cette concentration est inconnue, on va doser ensuite les ion Fe2+ restant, lorsque ceci sera fait, vous pourrez déterminer C0, ce qui vous posait problème dans les questions à la suite de l'exercice.
Quand devez vous rendre ce DM?

[Kiku TS]

Je dois rendre mon DM mercredi. Mais, vu l'heure, je pense aller me coucher si ça ne vous dérange pas... Je reprendrais tout ça demain, au clair. Je vous souhaite une bonne nuit.

[SoS(9)]

C'est exactement ce que j'allais vous proposer. Je vous donne donc rdv demain.
Bonne nuit