TD : 10 Exercices Métier sur l'Oxydoréduction et les Dosages
Ex 1 Traitement de Surface : Nickelage Electrolytique
S'approprier & AnalyserDans un bain de nickelage, l'ion nickel $Ni^{2+}$ gagne 2 électrons pour se déposer sous forme de nickel métallique $Ni$.
1. Identifiez le couple Oxydant/Réducteur concerné.
2. Écrivez la demi-équation électronique correspondante.
Corrigé rédigé :
1. Couple Ox/Red : **$Ni^{2+} / Ni$**.
2. Demi-équation : **$Ni^{2+} + 2 e^- \rightleftharpoons Ni$**.
Ex 2 Industrie Agroalimentaire : Titrage de l'Éthanol ou de l'Acide
RéaliserOn dose $V_1 = 10\ \text{mL}$ d'un jus d'orange par du diiode $C_2 = 0{,}05\ \text{mol/L}$. L'équivalence est atteinte pour $V_E = 12\ \text{mL}$.
1. Calculez la concentration molaire $C_1$ en vitamine C de ce jus.
Corrigé rédigé :
1. $C_1 = \frac{C_2 \times V_E}{V_1} = \frac{0{,}05 \times 12}{10} = \mathbf{0{,}06\ \text{mol/L}}$.
Ex 3 Bâtiment & Métallurgie : Galvanisation à Chaud du Zinc
ValiderLe zinc $Zn$ protège l'acier en s'oxydant selon : $Zn \rightleftharpoons Zn^{2+} + 2 e^-$.
1. Le zinc joue-t-il le rôle d'oxydant ou de réducteur ? Justifiez.
2. Écrivez l'équation globale de la réaction avec les ions $Cu^{2+}$.
Corrigé rédigé :
1. Le zinc est le **réducteur** car il cède 2 électrons.
2. Équation globale : **$Zn + Cu^{2+} \longrightarrow Zn^{2+} + Cu$**.
Ex 4 Maintenance Automobile : Contrôle de l'Eau Électrolytique d'une Batterie
Analyser & ValiderOn dose $V_1 = 20\ \text{mL}$ d'une solution d'ions ferreux par permanganate $C_2 = 0{,}02\ \text{mol/L}$. $V_E = 14\ \text{mL}$.
1. Calculez la concentration molaire $C_1$.
2. Calculez la concentration massique $C_m$ ($M_{Fe} = 56\ \text{g/mol}$).
Corrigé rédigé :
1. $C_1 = \frac{0{,}02 \times 14}{20} = \mathbf{0{,}014\ \text{mol/L}}$.
2. $C_m = 0{,}014 \times 56 = \mathbf{0{,}784\ \text{g/L}}$.
Ex 5 Chimie du Traitement de l'Eau : Chloration de Piscine
Réaliser & CommuniquerOn dose $V_1 = 50\ \text{mL}$ d'eau chlorée par une solution de thiosulfate $C_2 = 0{,}01\ \text{mol/L}$. $V_E = 8\ \text{mL}$.
1. Calculez la concentration $C_1$ du chlore actif dans l'eau de piscine.
Corrigé rédigé :
1. $C_1 = \frac{0{,}01 \times 8}{50} = \mathbf{0{,}0016\ \text{mol/L}}$.
Ex 6 Élevage & Métiers de l'Agriculture : Dosage des Nitrates
CommuniquerUne analyse d'eau indique une concentration $C_1 = 0{,}0008\ \text{mol/L}$ de nitrates ($M_{NO3} = 62\ \text{g/mol}$).
1. Calculez la concentration massique $C_m$ en mg/L.
2. La norme potable est de 50 mg/L. L'eau est-elle potable ?
Corrigé rédigé :
1. $C_m = 0{,}0008 \times 62 = 0{,}0496\ \text{g/L} = \mathbf{49{,}6\ \text{mg/L}}$.
2. $49{,}6\ \text{mg/L} \le 50\ \text{mg/L}$. L'eau respecte la norme de potabilité.
Ex 7 Plasturgie : Recyclage et Décoloration des Polyamides
ValiderLa décoloration utilise le permanganate de potassium $MnO_4^-$. Le manganese passe de $MnO_4^-$ (oxydant) à $Mn^{2+}$.
1. Complétez le nombre d'électrons captés : $MnO_4^- + 8 H^+ + \dots e^- \rightleftharpoons Mn^{2+} + 4 H_2O$.
Corrigé rédigé :
1. Il faut **$5\ e^-$** pour équilibrer les charges : $(+7 \to +2)$.
Ex 8 Métiers de la Coiffure / Cosmétique : Titrage de l'Eau Oxygénée
RéaliserUne bouteille d'eau oxygénée $H_2O_2$ à 20 volumes est titrée. $V_1 = 10\ \text{mL}$, $C_2 = 0{,}1\ \text{mol/L}$, $V_E = 17{,}8\ \text{mL}$.
1. Calculez la concentration molaire $C_1$ de l'eau oxygénée.
Corrigé rédigé :
1. $C_1 = \frac{0{,}1 \times 17{,}8}{10} = \mathbf{0{,}178\ \text{mol/L}}$.
Ex 9 Contrôle Qualité : Pureté d'un Échantillon de Cuivre
S'approprierOn dissout un morceau de laiton de $2\ \text{g}$ pour doser le cuivre. On trouve une masse de cuivre pur de $1{,}4\ \text{g}$.
1. Calculez le pourcentage en masse de cuivre dans ce laiton.
Corrigé rédigé :
1. $\% = \frac{1{,}4}{2} \times 100 = \mathbf{70\ \%}$.
Ex 10 Grand Problème de Synthèse : Analyse de la Pollution en Fer d'un Bain d'Usinage
Communiquer & ValiderUn technicien prélève $V_1 = 20\ \text{mL}$ d'un bain industriel usagé. Il réalise un dosage volumétrique au permanganate de potassium de concentration $C_2 = 0{,}025\ \text{mol/L}$. Le virage est obtenu pour $V_E = 16\ \text{mL}$.
1. [S'approprier] Écrivez la demi-équation de l'ion ferreux $Fe^{2+} \rightleftharpoons Fe^{3+} + e^-$.
2. [Réaliser] Calculez la concentration molaire $C_1$ en ions $Fe^{2+}$ du bain.
3. [Valider] Calculez la concentration massique $C_m$ ($M_{Fe} = 56\ \text{g/mol}$).
4. [Communiquer] Si la concentration massique dépasse 1,0 g/L, le bain doit être régénéré. Rédigez le compte-rendu technique d'intervention.
Corrigé rédigé du Problème de Synthèse :
1. Demi-équation : $Fe^{2+} \rightleftharpoons Fe^{3+} + e^-$.
2. $C_1 = \frac{0{,}025 \times 16}{20} = \frac{0{,}4}{20} = \mathbf{0{,}02\ \text{mol/L}}$.
3. $C_m = 0{,}02 \times 56 = \mathbf{1{,}12\ \text{g/L}}$.
4. Compte-Rendu Intervention : "La concentration en ions fer du bain industriel s'élève à 1,12 g/L, dépassant le seuil maximal toléré de 1,0 g/L. Il est préconisé d'effectuer la régénération immédiate de la solution de décapage avant la prochaine session d'usinage."