TP Chimie N°1 : Déterminer la quantité de cuivre présente dans une pièce de 5 centimes.

TP Chimie N°1   I.              But Déterminer la quantité de cuivre présente dans une pièce de 5 centimes.     II.            Introduction théorique Quand une solution est traversée par des rayons de lumière monochromatique, la baisse d’intensité du rayonnement dépend de l’épaisseur de la couche de la solution et de la concentration de soluté.   Soit : Io = intensité du faisceau incident I = intensité du faisceau transmis l = chemin optique (=épaisseur de la couche de solution) c = concentration molaire (en mol/l)   On appelle transmittance T le rapport des intensités et elle est exprimée en % :             Io = intensité du faisceau incident I = intensité du faisceau transmis   Loi de Lambert-Beer: On définit l’absorbance A (=densité de masse optique ou extension) :         ε = coefficient d’extension molaire pour la substance donnée. Sa valeur  dépend de la longueur d’onde. l = chemin optique (=épaisseur de la couche de solution) c = concentration molaire (en mol/l)       Grace à un colorimètre, nous allons trouver le pourcentage de cuivre dans une pièce de 5 centimes. En utilisant des solutions de concentrations en cuivre calculées et faites en classe, nous pourrons tracer une droite de l’absorbance par rapport à la concentration. Grâce aux mesures de l’absorbance, nous pourrons trouver la concentration de la solution et enfin calculer la masse de Cu dans la pièce de 5 centimes.         III.           Description de l’expérience   Protocole expérimental     -       Une pièce de 5 centimes -       Pipettes graduées -       Lunettes de protection -       Flacons jaugées 100ml et 200ml   -       Solution de CuSO4 0,5 M -       Acide nitrique 1+1 -       Un colorimètre   Marche à suivre:   Peser la monnaie de 5 centimes. Puis la dissoudre dans 20ml d’acide nitrique 1+1 (NHO3 1+1) dans un bécher de 100ml. Préparer les solutions de sulfate de cuivre de concentrations 0.25 M / 0.20 M / 0.15 M / 0.10 M / 0.05 M / 0.025 M. Sur la position 635 nm, mesurer le « blanc «, c’est-à-dire l’absorbance d’une cuve contenant l’eau désionisée. Mesurer l’absorbance de cette solution et déterminer sa concentration. Calculer la quantité de cuivre de la pièce de 5 centimes.        IV.           Résultats Masse molaire de sulfate de cuivre penta hydraté : M (CuSO4.5H2O) = 63,55 + 32,07 + 4 . 16,00 + 5(2 . 1,008) + 16,00 = 249,7 [g/mol]   On veut faire 250 ml de solution mère 0.5 M en CuSO4.5H2O. Combien faut-il peser de CuSO4.5H2O solide ?   Il faut d’abord déterminer le nombre de moles CuSO4.5H2O nécessaires :         c = concentration en mol/l ou M n = quantité de matière en mol V= volume en l   Nous trouvons : 0,5 mol/l . 0,250 l = 0,125 mol     Réalisation de solutions filles à partir d’une solution mère 0,5 Mol :   cfille (mol/l) cfille . Vfille = cmère. Vmère  Vmère (l) et (ml) 0,25 0,25 . 0,1 = 0,5 . n 0,05 l / 50 ml 0,20 0,20 . 0,1 = 0,5 . n 0,04 l / 40 ml 0,15 0,15 . 0,1  = 0,5 . n 0,03 l / 30 ml 0,10 0,10 . 0,1 = 0,5 . n 0,02 l / 20 ml  0,05 0,05 . 0,1 = 0,5 . n 0,01 l / 10 ml 0,025 0,025 . 0,1 = 0,5 . n 0,005 l / 5 ml     Masse de la pièce de 5 centimes : 1.8 grammes   CStandard (mol/l) Astandard   0,25 0,570  0,20 0,435 0,15 0,316 0,10 0,186 0,05 0,091 0,025 0,035                                                             V.            Analyse On peut constater qu’on obtient une droite plus au moins régulière, à cause d’éventuelles erreurs par exemple lors de la création des solutions filles. On cherche la pente qui est de 2,29% (calculée sur GeoGebra). Maintenant, on peut calculer la concentration. C= A/M donc C= 0.233/2.29 = 0,1 mol/l   Une fois la concentration calculée, on va trouver la masse de cuivre. En sachant que la masse de cuivre est égale à la masse molaire (63,546g/mol) fois le nombre de moles dans la solution (concentration x volume = 0.1 mol/l x 0,250 l) On aura : masse de cuivre = 63,546 x 0,250 x 0.1 = 1,6 grammes   Pourcentage de cuivre dans la pièce : 1,6 x 100/1.8 = 84%   VI.           Conclusion D’après Wikipédia, normalement, une pièce de 5 centimes contient 92% de cuivre. On peut donc constater que le résultat que nous avons trouvé se rapproche du vrai. La petite différence de 8% est due à quelques erreurs qu’on a pu faire lors du TP.