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Chimie des solutions et cinétique chimique Conçu et réalisé par Pr Y. Khatir 2

Chimie des solutions et cinétique chimique Conçu et réalisé par Pr Y. Khatir 2 La chimie est avant tout une science expérimentale où les travaux pratiques constituent un socle pour la consolidation des connaissances sur cette discipline. L’objectif dans cette activité d’enseignement pratique est que les étudiants puissent atteindre un bon niveau de connaissance et de savoir-faire expérimentaux. On fait en sorte que les sujets de travaux pratiques proposés leur permettent d’acquérir une bonne maîtrise des appareils, des méthodes et des phénomènes au programme et les habituent à les mettre en œuvre, en faisant preuve d’initiative et d’esprit critique. Les étudiants seront amenés à modéliser le phénomène par une série d’hypothèses, de vérifications expérimentales qui exigent initiative, savoir-faire, rigueur et honnêteté intellectuelle. On doit s’efforcer de développer une bonne faculté d’adaptation à un problème qui peut être nouveau, à condition qu’il soit présenté de façon progressive. La nouveauté peut résider dans le phénomène étudié, dans la méthode particulière ou l’appareillage. Dans ce cadre, la séance doit comporter non seulement la manipulation proprement dite, mais aussi des temps de réflexion, de construction intellectuelle, de retour, d’échanges avec le professeur ou l’examinateur. A l’heure de l’informatique, l’utilisation d’un ordinateur, soit pour l’acquisition et le traitement de données expérimentales, soit pour comparer les résultats des mesures aux données théoriques évite des calculs fastidieux et favorise la représentation graphique des résultats. On peut ainsi multiplier les manipulations en faisant varier les conditions d’expérimentation, montrer l’influence des paramètres pertinents et renforcer ainsi le lien entre les modèles mis en jeu par la théorie et les travaux expérimentaux. La méthode de régression linéaire est exploitée sur ordinateur ou calculatrice. L’utilisation de logiciels de simulation permet de compléter les études expérimentales. Cette simulation n’a de sens que si elle est confrontée à l’expérience. Les séances de travaux pratiques doivent permettre d’évaluer, non seulement le savoir-faire de l’étudiant mais aussi son sens critique, son initiative et son comportement devant les réalités expérimentales. Les enseignements pratiques sont alors des procédures d’évaluation des capacités en chimie. La mise en place des travaux pratiques permet d’améliorer dans l’esprit des étudiants, la relation qu’ils ont à faire entre l’enseignement magistral et les travaux pratiques et leur donner le goût des sciences expérimentales, même s’ils ne verront que quelques méthodes et appareillages parmi tant d’autres eu égard au développement technologique. Enfin nous tenons à remercier Le Professeur J. SIB, Directeur de l’Ecole Préparatoire Sciences et Techniques d’Oran, qui nous a accompagnés dans la mise en place de ces T.P. Il nous a facilité la tâche et n’a aménagé aucun effort pour la réalisation de cette activité tant il est fervent et il en fait son challenge. 3 PREAMBULE 02 SOMMAIRE 03 LA SECURITE AU LABORATOIRE 04 TP N°1 PREPARATION et ETALONNAGE DES SOLUTIONS 05 TP N°2 REALISATION DES SOLUTIONS TAMPONS 13 TP N°3 SOLUBILITE ET PRODUITS DE SOLUBILITE 17 TP N°4 COMPLEXOMETRIE : détermination de la dureté d’une eau minérale 21 TP N°5 CINETIQUE DU 1er ORDRE 26 PAGE DE GARDE DE COMPTE RENDU DE TP 31 4 La sécurité est l’affaire de tous. Un accident n’arrive pas par hasard, il est le résultat d’un enchainement de plusieurs évènements qui aboutissent à un évènement non souhaité(ENS). Pour éviter que tout ENS ne puisse se manifester, il est obligatoire d’observer les règles de sécurité et de se munir des moyens de protection. Nous indiquons ici le comportement responsable dans un laboratoire.  Les interdits : fumer, boire, manger, travailler seul, porter des vêtements inadaptés (flottants ou inflammables)  Les obligations : blouse de coton (manches longues), lunettes de sécurité, cheveux longs attachés, chaussures fermés avec lacets  Les vérifications indispensables : vestiaires (extérieur au lab.), issues de secours, téléphone et N° d’urgence, affichage des consignes de sécurité et des codes symboles, extincteurs, pharmacie, couverture anti- feu, réfrigérateur sécurisé (antidéflagration), absorbants pour liquides (sables, vermiculites…), équipements de sécurité adaptés aux manipulations…  Les recommandations : travailler en position debout, laisser les passages libres, utiliser un matériel en bon état, prendre conscience des risques potentiels et des mesures adéquates à prendre.  Le geste qui sauve « lire l’étiquette », en effet les dangers des produits chimiques sont signalés par des pictogrammes, FDS, les phrases de Risques R et les conseils de prudence S. "Si tu donnes une recette à un chimiste, tu lui évites un accident. Si tu lui apprends la sécurité, tu le protèges pour la vie." Selon un "vieux proverbe chinois 5 I. INTRODUCTION La chimie est une science exacte au même titre que la physique ; les évolutions des systèmes chimiques sont régies par des lois physiques empiriques ou théoriques validées par l’expérience pour l’explication des phénomènes observés. La chimie est la science qui s’intéresse à la constitution de la matière et de ses diverses transformations physicochimiques (changement d’état, synthèse de produit, combustion, décomposition, dissolution…). On distingue deux états de la matière : l’état macroscopique et l’état microscopique. Pour l’état macroscopique de la matière on s’intéresse au comportement physique de la matière sous l’influence des facteurs extérieurs tels que la température et la pression, et de la composition du milieu. Par exemple la loi des gaz parfaits régit le comportement de la matière à l’état gazeux ; les lois de Raoult régissent le comportement des solutés en solutions diluées…A l’échelle atomique ou l’état microscopique de la matière, la mécanique quantique a fortement contribué à l’explication des comportements électroniques au sein de l’atome et dans la constitution des liaisons conduisant aux édifices moléculaires. Les « objets »de la chimie : atomes, molécules, ions, cristaux, complexes… sont parfaitement identifiés grâce au progrès de la technologie (RX, IR, UV, RMN H1…). Comme nous nous intéressons aux solutions, les concepts d’atomes, de molécules et d’ions sont des éléments quantitatifs de la matière sur lesquels nous fondons la réalisation des préparations des solutions avec précision sur leurs compositions. La préparation des 6 solutions est un des actes majeurs de la chimie ; on doit savoir avec plus de précision les quantités introduites dans le milieu que l’on contrôlera par la suite à l’aide des instruments de mesures quantitatives (volumétrie, pHmétrie, conductimétrie, UV vis, IR, RX , chromatographique…). La préparation des solutions est toujours effectuée à l’aide d’instruments de mesures précises appelés verrerie : fiole jaugée, pipette jaugée (un seul trait ou deux traits), une pipette graduée. On distingue trois cas : - Préparation d’une solution par dissolution d’un composé solide, - préparation d’une solution par dilution d’une solution de concentration connue, - préparation d’une solution par dilution d’une solution commerciale de concentration molaire inconnue. II. SOLUTION ET CONCENTRATIONS II. 1. Solution Une solution s’obtient en dissolvant une substance chimique appelée soluté (en petite quantité) dans un solvant (en grande quantité). On obtient un milieu homogène. Le solvant peut être de l’eau auquel cas la solution obtenue est dite aqueuse ; c’est généralement pour les cas des dissolutions de produits minéraux et quelques substances organiques solubles dans l’eau. Pour les solvants autres que l’eau on parle de solvant non aqueux (peuvent être organiques ou minéraux). Solution Soluté Solvant   II. 2. Concentrations On peut caractériser la quantité de soluté dissout par la concentration. On distingue : 7 - concentration massique ou pondérale (g/L) : masse de soluté dissoute par volume de solution, - concentration molaire (mol/L ou M) : nombre de moles de soluté par Litre de solution, - normalité (équivalant analytique/L ou N), cette caractéristique est utilisée pour exprimer quantitativement le soluté qui peut être acide, basique, oxydant ou réducteur en milieu aqueux. S’il s’agit d’un acide ou d’une base la normalité correspond au nombre d’ions grammes H3O+ respectivement libéré ou capté par litre de solution. S’il s’agit d’un réducteur ou d’un oxydant la normalité correspond au nombre d’électrons grammes respectivement libéré ou capté en milieu aqueux. La meilleure façon de comprendre c’est de citer des exemples.  cas des acides et des bases : - N=M pour un monoacide (HCl, CH3COOH) - N=2M pour un diacide (H2SO4) - N=3M pour un triacide (H3PO4) - N=M pour une monobase (NH3)  cas des oxydants et des réducteurs : - N=M pour un oxydant tel que     2 3 1 Fe e Fe - N=M pour un réducteur tel que e O S O S 2 2 2 6 4 2 3 2     - N=5M pour un oxydant tel que O H Mn O H e MnO 2 2 3 4 12 8 5        II. 3. Dilution La dilution d’une solution consiste à ajouter un volume de solvant pour diminuer la concentration de la solution mais que la quantité de soluté demeure constante. 8  La dilution conserve le nombre de moles de soluté. ETAT INITIAL DILUTION QUANTITE no=CoxVo x10-3 n=no=CdxVdx10-3 III. PREPARTION DE SOLUTIONS III. 1. Préparation d’une solution par dissolution d’un composé solide  Objectif : On souhaite préparer un volume V d’une solution de concentration molaire C d’un composé de masse molaire M.  Calcul : On va procéder par uploads/Science et Technologie/ chimie-1.pdf