Doser les nitrates d'un engrais par un titrage en retour

Cet exercice de spécialité de 4 points, prévu pour environ 52 minutes et à traiter sans calculatrice, remplace un exercice obligatoire pour les candidats de spécialité du bac S 2009 d'Asie. Il étudie un protocole de contrôle de qualité : on fait réagir les ions nitrate de 1,00 g d'engrais avec un excès connu d'ions fer(II), puis on titre les ions fer(II) restants par une solution de dichromate de potassium. C'est le principe du titrage indirect.

Questions 1 à 3 : préparation et montage

Pour préparer 50,0 mL de solution de sel de Mohr à 0,200 mol/L, on calcule n = cV puis m = nM avec M = 392,1 g/mol : il faut peser m = 3,92 g. Le piège est de laisser le volume en millilitres. Une mole de sel de Mohr libère une mole d'ions fer(II), donc le prélèvement de 45,0 mL contient n₁ = 9,00 × 10^-3 mol d'ions Fe²⁺. Le ballon chauffé à ébullition et surmonté d'un réfrigérant à eau vertical constitue un montage de chauffage à reflux : il accélère la réaction sans perte de matière, puisque les vapeurs se condensent et retombent dans le ballon.

Question 4 : l'équation de la réaction

L'oxydation des ions fer(II) est multipliée par 3 pour échanger autant d'électrons que la réduction des ions nitrate en monoxyde d'azote. En additionnant les deux demi-équations, on retrouve l'équation (1) : 4 H⁺ + NO₃^- + 3 Fe²⁺ = NO + 2 H₂O + 3 Fe³⁺. Le corrigé conseille de contrôler les charges des deux membres.

Questions 5 à 7 : le titrage en retour

Le volume équivalent de 10,0 mL de dichromate à 0,100 mol/L correspond à n₂ = 1,00 × 10^-3 mol d'ions dichromate. D'après l'équation (2), une mole d'ions dichromate réagit avec six moles d'ions fer(II) : n₃ = 6 n₂ = 6,00 × 10^-3 mol. Le piège est de diviser par 6 au lieu de multiplier. Les ions fer(II) introduits se partagent entre ceux qui ont réagi avec les nitrates et ceux qui restent : n₄ = n₁ − n₃ = 3,00 × 10^-3 mol, la valeur annoncée par l'énoncé.

Questions 8 et 9 : la teneur en nitrate

Les ions fer(II) étant en excès, les ions nitrate sont entièrement consommés. D'après l'équation (1), une mole de nitrate réagit avec trois moles d'ions fer(II) : n₅ = n₄/3 = 1,00 × 10^-3 mol. Attention à ne pas utiliser n₁ à la place de n₄. Avec M(NO₃^-) = 62,0 g/mol, la masse de nitrate vaut 6,20 × 10^-2 g, soit un pourcentage massique de 6,20 % dans 1,00 g d'engrais.

Conseils

Dans un titrage en retour, fais un bilan clair des quantités : ce qui est introduit, ce qui réagit avec l'espèce dosée, ce qui reste et qui est titré. Un schéma en trois cases évite la plupart des erreurs. Garde trois chiffres significatifs tout au long du calcul, comme les données.