Doser les ions cuivre d'une solution de sulfate de cuivre

L'exercice de spécialité « Titrage des ions cuivre(II) » vaut 4 points dans l'épreuve du bac S Amérique du Sud 2006, soit environ 52 minutes. Les candidats de spécialité le traitent à la place de l'exercice I. Le sulfate de cuivre sert de fongicide, mais aussi d'oligoélément dans l'alimentation animale : on cherche ici la concentration en ions Cu²⁺ d'une solution S, par un titrage indirect faisant intervenir le diiode.

Partie 1 : à propos des dosages

Doser une espèce chimique, c'est déterminer sa quantité de matière ou sa concentration dans une solution. Pour une espèce colorée comme les ions cuivre(II), on pourrait aussi réaliser un dosage par étalonnage spectrophotométrique : on mesure l'absorbance de solutions étalons, on trace la droite d'étalonnage donnée par la loi de Beer-Lambert et on y reporte l'absorbance de la solution étudiée. Le sujet explique pourquoi cette méthode ne convient pas ici : la solution S, très peu concentrée en ions cuivre(II), est pratiquement incolore, d'où le choix d'un titrage.

Partie 2 : le principe du titrage

Les ions cuivre(II) réagissent avec les ions iodure introduits en large excès et forment du diiode (réaction 1). C'est ce diiode, et non les ions Cu²⁺, que l'on titre ensuite par une solution de thiosulfate de sodium (réaction 2). Le titrage est donc indirect. Les deux transformations doivent être totales, sinon les relations entre quantités de matière seraient fausses, et la réaction support du titrage doit en plus être rapide. La question 2.4 fait identifier les couples : I₂/I⁻, où le diiode est l'oxydant, et S₄O₆²⁻/S₂O₃²⁻, où l'ion thiosulfate est le réducteur. Un couple s'écrit toujours oxydant/réducteur.

Partie 3 : le protocole

Le volume de 20,0 mL entre dans le calcul de la concentration : il se prélève avec une pipette jaugée, et non avec une éprouvette graduée. La teinte brune qui apparaît dans le bécher est due au diiode formé par la réaction 1. L'empois d'amidon, ajouté quand la solution devient jaune pâle, donne avec le diiode une coloration bleue intense : sa disparition rend le repérage de l'équivalence beaucoup plus net. C'est un indicateur de fin de réaction, à ajouter seulement vers la fin du titrage.

Partie 4 : les calculs

À l'équivalence, le réactif titré et le réactif titrant ont été introduits dans les proportions stœchiométriques. Le tableau d'avancement de la réaction 2 montre que n(I₂) = n_T/2, le coefficient 2 devant les ions thiosulfate étant la source d'erreur la plus fréquente. Avec une solution titrante à 1,00 × 10⁻² mol·L⁻¹ et un volume équivalent de 12,0 mL, on obtient n(I₂) = 6,00 × 10⁻⁵ mol.

On remonte ensuite la chaîne grâce à la réaction 1 : deux ions Cu²⁺ donnent une molécule de diiode, donc n₀ = 2 n(I₂) = 1,20 × 10⁻⁴ mol. Rapportée au volume de la prise d'essai, 20,0 mL, cette quantité donne [Cu²⁺] = 6,00 × 10⁻³ mol·L⁻¹.

Conseils

Dans un titrage indirect, écrivez clairement la chaîne de raisonnement : volume équivalent, quantité de réactif titrant, quantité d'espèce titrée, puis quantité d'espèce cherchée. Gardez trois chiffres significatifs, comme les données, et divisez par le volume prélevé, pas par le volume total du bécher. Le corrigé détaillé reprend chaque question avec la copie attendue et les pièges à éviter.