PROF PRIVÉ
Deux protocoles guidés, puis un défi en autonomie : réaliser une échelle de teintes de sulfate de cuivre
Tu es technicien·ne au laboratoire de physique-chimie. Pour le prochain TP de dosage par étalonnage, il faut une échelle de teintes : quatre solutions de sulfate de cuivre de concentrations en masse connues. Tu pars du solide pour la première (dissolution), puis tu prépares les autres à partir d’elle (dilution).
Le chronomètre en bas de l’écran suit ce déroulement. Les temps sont indicatifs : mieux vaut un protocole soigné qu’un TP bâclé.
Observe le protocole en images, puis suis la feuille de route. À chaque étape, coche ce que tu as fait.
m = cₘ × V. Pour 100,0 mL à 20 g/L : m = 2,0 g.
Poser la coupelle sur la balance, tarer, puis ajouter le soluté à la spatule jusqu’à lire m.
À l’aide d’un entonnoir. Rincer la coupelle et l’entonnoir à l’eau distillée.
Remplir aux deux tiers avec de l’eau distillée, boucher et agiter jusqu’à dissolution complète.
Compléter goutte à goutte : le bas du ménisque doit affleurer le trait de jauge.
Reboucher et retourner la fiole plusieurs fois : la concentration est la même partout.
Relation : \(m = c_m \times V\). Attention aux unités : le volume doit être en litres.
Ta concentration réelle sera \(c_0 = m_{\text{réelle}}/V\) : elle apparaîtra dans la fiche de résultats plus bas.
Pourquoi ne pas dissoudre les 2,0 g directement dans 100 mL d’eau mesurés à l’éprouvette ?
Que devient le solide ionique CuSO₄ quand il se dissout dans l’eau ? Pourquoi la solution est-elle bleue ?
Tu as ajouté trop d’eau : la solution est-elle plus ou moins concentrée que prévu ? Pourquoi ne peut-on pas « retirer » l’excès ?
V₀ : volume de solution mère prélevé · F : facteur de dilution (sans unité).
Fais glisser le curseur pour ajouter de l’eau distillée : le nombre de particules de soluté ne change pas, mais elles occupent un volume plus grand.
F = c₀ / c₁ = 5 ; V₀ = V₁ / F = 10,0 mL de solution mère.
Dans un bécher, puis à la pipette jaugée et à la propipette : bas du ménisque au trait de jauge.
Pipette verticale, pointe contre la paroi du col. On ne souffle pas la dernière goutte.
Jusqu’aux deux tiers environ, puis boucher et agiter.
Goutte à goutte : le bas du ménisque affleure le trait.
Reboucher et retourner la fiole une dizaine de fois, puis étiqueter.
À toi : le facteur de dilution puis le volume à prélever.
| Grandeur | Valeur | Commentaire |
|---|---|---|
| Masse pesée mréelle (partie A) | — g | recopiée depuis l’étape A2 |
| Concentration réelle de S₀ : c₀ = mréelle / 0,1000 L | — g/L | |
| Volume prélevé V₀ (mL) | lu sur la pipette jaugée | |
| Volume de la fiole V₁ (mL) | lu sur la fiole jaugée | |
| Concentration réelle de S₁ : c₁ = c₀ × V₀ / V₁ | — g/L |
Chiffres significatifs : garde 3 chiffres. L’écart relatif est \(\dfrac{|c_{\text{réelle}}-c_{\text{visée}}|}{c_{\text{visée}}}\times100\).
Calcule la masse de soluté contenue dans le volume V₀ prélevé, puis dans la solution S₁. Que constates-tu ?
On aurait pu préparer S₁ en dissolvant directement 0,20 g de solide dans 50,0 mL. Pourquoi préfère-t-on diluer S₀ ?
Cette fois, aucun protocole n’est fourni. Tu disposes de tout ce qu’il faut (et d’un peu plus !) : à toi de choisir, de justifier et de rédiger.
| S₂ (100,0 mL, 2,0 g/L) | S₃ (50,0 mL, 8,0 g/L) | |
|---|---|---|
| Facteur de dilution F | ||
| Volume de S₀ à prélever V₀ (mL) | ||
| Pipette jaugée choisie | ||
| Fiole jaugée choisie |
Au cours d’une dilution, quelle grandeur reste identique entre le volume prélevé et la solution fille ? Écris-la avec c et V.
\(c_0 V_0 = c_f V_f\). Isole V₀, ou passe par le facteur de dilution \(F = c_0/c_f\) puis \(V_0 = V_f/F\).
Pour préparer 50,0 mL à 5,0 g/L à partir de 25 g/L : F = 25 / 5,0 = 5 et V₀ = 50,0 / 5 = 10,0 mL, avec une pipette de 10,0 mL et une fiole de 50,0 mL. À toi d’adapter.
Contrôle uniquement les nombres (pas le protocole). Entre tes valeurs de V₀.
Le professeur te donne une solution X de concentration inconnue. Encadre sa concentration par comparaison de teintes avec ton échelle, puis propose une méthode pour être plus précis.
Pour chaque affirmation, choisis l’opération concernée.
| Dissolution | Dilution | |
|---|---|---|
| Point de départ | un solide et un solvant | une solution mère et un solvant |
| Ce qui change | on introduit de la masse de soluté | on ajoute du solvant : la masse de soluté est conservée |
| Relation | \(m = c_m \times V\) | \(c_0V_0 = c_1V_1\) ; \(F = c_0/c_1 = V_1/V_0\) |
| Matériel clé | balance, fiole jaugée | pipette jaugée, propipette, fiole jaugée |
| Erreur à éviter | dépasser le trait, oublier de rincer | pipette non rincée, F mal calculé |
Coche le niveau qui décrit le mieux ton travail : A je maîtrise · B avec une aide · C je progresse · D pas encore.
| Compétence | Ce que j’ai fait | A | B | C | D |
|---|---|---|---|---|---|
| S’approprier | J’ai relevé les données utiles (m, V, c) et converti les unités (mL → L). | ||||
| Analyser · raisonner | J’ai choisi la bonne relation et la verrerie adaptée, et écrit un protocole cohérent (partie C). | ||||
| Réaliser | J’ai réalisé les gestes (pesée, jaugeage, prélèvement) en respectant la sécurité. | ||||
| Valider | J’ai vérifié mes résultats (teintes ordonnées, écart relatif, masse conservée). | ||||
| Communiquer | J’ai rédigé clairement (relations, unités, chiffres significatifs) et rangé ma paillasse. |
| Durée | Phase | Rôle du professeur |
|---|---|---|
| 0–5 min | Mise en situation, sécurité, matériel | Présenter l’échelle de teintes et le lien avec le dosage par étalonnage ; rappeler pictogrammes et gestion des déchets. |
| 5–30 min | A · Dissolution (guidé) | Passer valider les calculs ; appel 1 : fiole au trait, homogène, étiquetée. |
| 30–45 min | B · Dilution (guidé) | Montrer une fois l’usage de la propipette ; appel 2 : S₁ comparée à S₀. |
| 45–70 min | C · Défi (autonomie) | Ne pas donner les valeurs ; valider les protocoles (appel 3), puis l’échelle (appel 4). Compter les coups de pouce. |
| 70–75 min | Bilan et rangement | Quiz, auto-évaluation, rangement, récupération des déchets. |
Par binôme : sulfate de cuivre pentahydraté ≈ 2,5 g (2,0 g nécessaires) ; balance 0,01 g ; 2 fioles de 100 mL et 2 fioles de 50 mL ; pipettes jaugées de 5, 10 et 20 mL ; 1 à 2 propipettes ; entonnoir à solide ; pissette ; compte-gouttes ; béchers de 50 et 100 mL ; éprouvette de 25 mL ; 4 tubes à essais identiques + portoir ; feuille blanche ; étiquettes.
Pour la classe (12 binômes) : ≈ 30 g de sulfate de cuivre pentahydraté, 3 bidons « déchets cuivre », eau distillée (≈ 500 mL par binôme), gants.
Optionnel : solution X inconnue à 6,0 g/L (0,600 g pour 100,0 mL) pour le défi bonus ; solutions témoins à 2,0 ; 4,0 ; 8,0 g/L préparées à l’avance pour validation visuelle.
| Solution | V | c visée | F | V₀ de S₀ | Verrerie | Masse de soluté |
|---|---|---|---|---|---|---|
| S₀ (dissolution) | 100,0 mL | 20 g/L | — | — | fiole 100 mL | m = 2,0 g pesée |
| S₁ (guidé) | 50,0 mL | 4,0 g/L | 5 | 10,0 mL | pipette 10 mL, fiole 50 mL | 0,20 g |
| S₂ (défi) | 100,0 mL | 2,0 g/L | 10 | 10,0 mL | pipette 10 mL, fiole 100 mL | 0,20 g |
| S₃ (défi) | 50,0 mL | 8,0 g/L | 2,5 | 20,0 mL | pipette 20 mL, fiole 50 mL | 0,40 g |
Consommation de S₀ : 10 + 10 + 20 = 40 mL, plus les rinçages de pipettes et le fond de bécher : les 100 mL préparés suffisent.
| Compétence | Indicateurs de réussite |
|---|---|
| APP | données utiles relevées ; unités converties ; grandeur cherchée identifiée |
| ANA | relation choisie et justifiée ; F et V₀ exacts ; verrerie adaptée ; protocole complet et ordonné (partie C) |
| REA | tarage, pesée, rinçage ; pipette utilisée correctement ; trait de jauge respecté ; homogénéisation |
| VAL | teintes ordonnées ; masse conservée vérifiée ; écart relatif calculé et commenté |
| COM | protocole lisible ; unités et chiffres significatifs ; compte rendu de 5 lignes ; paillasse rangée |
Proposition : niveau A si aucun coup de pouce, B si un seul, C si deux, D si trois ou intervention du professeur.
Vérifier la fiche de données de sécurité de votre fournisseur (pictogrammes GHS05/07/09 usuels pour CuSO₄, 5H₂O). Collecte des solutions cuivrées dans un bidon dédié ; ne pas rejeter à l’évier. Lunettes obligatoires, pipetage à la bouche interdit.
Chapitre 1, partie 3 « Solutions aqueuses » (protocole de dissolution en schémas, dosage par étalonnage) et partie 7 pour le prolongement en mol/L. Séance suivante possible : dosage par étalonnage d’une solution de sulfate de cuivre inconnue avec l’échelle réalisée ici.