Exercice II: Spectrophotométrie (5,5 points)

Bac S Pondichéry 2012
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EXERCICE II - Spectrophotométrie (5,5 points)
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. Schéma de principe d'un spectrophotomètre à prisme [pic] 1ère partie : Lumière et spectrophotométrie 1. Donner les valeurs limites des longueurs d'onde du spectre visible
dans le vide et
les couleurs correspondantes.
2. Situer, du point de vue de leur longueur d'onde, les rayonnements
ultraviolets et
infrarouges par rapport au spectre visible.
3. Le rôle du monochromateur dans un spectrophotomètre est de
sélectionner une
radiation monochromatique particulière. Donner la définition d'une
lumière
monochromatique.
4. Certains monochromateurs comportent un prisme de verre.
1. Définir l'indice de réfraction n d'un milieu transparent.
2. De quel paramètre caractéristique d'une radiation lumineuse dépend
l'indice n
pour un milieu transparent donné ?
3. Le prisme de verre décompose la lumière blanche. Nommer le phénomène
responsable de cette décomposition et le décrire brièvement en
quelques lignes.
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.
2ème 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(10(3 mol.L(1 [pic] 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 : [pic] 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 ?uvre 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. 1. Donner la valeur d'une longueur d'onde qui vous paraît bien appropriée
pour ces mesures. Justifier brièvement.
2. On obtient les résultats suivants : Concentration C de la solution en µmol.L(1 |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. 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. La teinture d'iode officinale est étiquetée à 5,0 % en masse de
diiode. Sa masse volumique est ? = 9,0(102 g.L(1.
1. À partir de ces données, vérifier que la concentration massique Cm en
diiode
attendue dans cette teinture est 45 g.L(1.
2. En déduire la valeur de la concentration molaire attendue en diiode
dans cette
teinture. On la notera Ca. 3. Calculer l'écart relatif entre la valeur expérimentale Cexp à la
valeur Ca. Conclure.
Annexe de l'exercice II à rendre avec la copie
Question 1.4.4. :
[pic]
Questions 2.2.2 et 2.2.3. : Courbes d'étalonnage : [pic]