Cette séance de laboratoire est divisée en deux parties importantes, axées sur la préparation d'une solution concentrée de permanganate de potassium et sa dilution subséquente pour obtenir une concentration souhaitée. L'objectif est de transmettre les compétences nécessaires pour préparer des solutions de concentrations spécifiques par dissolution, puis d'ajuster ces concentrations par dilution, mettant en évidence les techniques fondamentales de la chimie des solutions.
- Préparation d'une solution concentrée :
Pour préparer une solution de permanganate de potassium d'une concentration de 80 g/l par dissolution. - Dilution de la solution concentrée :
Pour préparer 250 ml d'une solution diluée de permanganate de potassium avec une concentration cible de 17,5 g/l.
Objectifs Éducatifs
- Techniques de préparation de solutions : Les participants apprendront le processus étape par étape de dissolution du permanganate de potassium pour créer une solution de concentration spécifique, améliorant ainsi leur compréhension des interactions soluté-solvant.
- Ajustement de la concentration par dilution : La session démontrera comment ajuster la concentration d'une solution par dilution, en soulignant les aspects mathématiques et pratiques des techniques de dilution.
- Précision en mesure : Souligne l'importance de la mesure précise et de la manipulation des instruments de mesure dans la préparation de solutions chimiques, favorisant ainsi la précision et le souci du détail.
- Compréhension de la dissolution et de la dilution : Les participants acquerront des connaissances sur les rôles essentiels de la dissolution et de la dilution pour obtenir les concentrations de solutions souhaitées, en comprenant les principes sous-jacents à ces processus.
Grâce à cette expérience de laboratoire, les participants acquerront des compétences fondamentales en chimie dans la préparation et l'ajustement des concentrations de solutions. En s'engageant dans la préparation précise d'une solution de permanganate de potassium et sa dilution minutieuse, les participants apprendront à manipuler avec précision les instruments de mesure et apprécieront l'importance de la dissolution et de la dilution dans la création de solutions de concentrations spécifiques. Cette session offre une application pratique des principes de chimie essentiels pour les études et la recherche dans le domaine, renforçant la nature méticuleuse requise dans l'expérimentation scientifique.
Protocole
- La dissolution
Nous voulons préparer une solution de permanganate de potassium à 80 g/L.
- Pesez environ 8 g de permanganate de potassium à l'aide de la balance électronique.
- À l'aide d'un entonnoir, versez la poudre pesée dans une fiole jaugée de 100 mL (la plus petite des deux fioles jaugées).
- Mesurer 50 mL d'eau distillée à l'aide d'une éprouvette graduée.
- Versez l'eau mesurée dans la fiole jaugée contenant le permanganate de potassium.
- Retirez l'entonnoir et placez un bouchon sur l'ouverture du flacon.
- Secouer la solution, puis retirer le bouchon.
- Remplir le volume de la solution jusqu'au trait de jauge avec de l'eau distillée.
- Remettre le bouchon et mélanger par inversion.
- Comparez la couleur obtenue à celle des échantillons fournis pour vérifier la concentration finale.
Les concentrations des échantillons des tubes à essai sont les suivantes :
- Éprouvette 1 : 17,5 g/L
- Éprouvette 2 : 35 g/L
- Éprouvette 3 : 62,5 g/L
- Éprouvette 4 : 70 g/L
- Éprouvette 5 : 80 g/L
- Éprouvette 6 : 90 g/L
- La dilution
Nous voulons préparer 250 mL d'une solution de permanganate de potassium à 17,5 g/L.
- Mesurer 54,7 ml de la solution dans la fiole jaugée préparée dans la première partie à l'aide d'une éprouvette graduée de 70 ml.
- Versez le contenu de la éprouvette graduée dans la fiasque jaugée vide de 250 mL.
- Remplir le volume de la solution jusqu'au trait de jauge avec de l'eau distillée.
- Boucher et mélanger par inversion.
- Comparez la couleur obtenue à celle des échantillons fournis pour vérifier la concentration finale.
Remarque : Assurez-vous de placer les solutions devant un fond de carton noir afin de bien distinguer les changements de couleur.
Résultats attendus
- Les premières étapes créent une solution de permanganate de potassium concentrée à 80g/L (8g/100mL).
- Utiliser 54,7 ml d'une solution homogène représente 4,376 g de permanganate de potassium, dans 250 ml de liquide.
- La nouvelle concentration est donc de 17,51 g/L (4,376 g/250 mL).
- Les solutions témoins de KMnO₄ présentent les concentrations suivantes : #1 = 17,5 g/L (0,11 M) ; #2 = 35 g/L (0,22 M) ; #3 = 62,5 g/L (0,39 M) ; #4 = 70 g/L (0,44 M) ; #5 = 80 g/L (0,5 M) ; #6 = 86 g/L (0,54 M).
- Préparation de la solution : en dissolvant 8 g de permanganate de potassium dans 100 ml d'eau, on obtient une solution d'une concentration de 80 g/L. Celle-ci doit présenter une couleur identique à celle de la solution de référence #5.
- Dilution : Le processus de dilution permet de réduire la concentration de 80 g/L à environ 17,5 g/L lorsque 54,7 ml de la solution d'origine sont dilués jusqu'à 250 ml. Cette solution diluée doit présenter une couleur identique à celle de la solution de référence #1.
Leçons apprises :
- Exactitude et précision : L'importance des mesures exactes lors de la pesée du soluté et de la mesure des volumes lors de la préparation et de la dilution de solutions pour obtenir la concentration désirée.
- Comprendre la dilution : Le processus de dilution montre comment la concentration d'une solution change lorsque le volume du solvant est augmenté tandis que la quantité de soluté reste constante.
- Concentration des solutions : Apprendre à calculer et à comprendre les différentes concentrations de solutions et leur importance dans diverses applications chimiques.
- Compétences d'observation : Développer la capacité de comparer l'intensité de la couleur des solutions pour déterminer leur concentration, une compétence essentielle en analyse qualitative.
Principes de chimie :
- Molarité et concentration : L’expérience illustre comment calculer la molarité et la concentration, concepts fondamentaux en chimie des solutions. La molarité est le nombre de moles de soluté par litre de solution, et la concentration est généralement la quantité de soluté dissoute dans chaque volume de solvant.
- Dissolution : Ce processus montre comment les solutés se dissolvent dans les solvants pour former des solutions, selon la nature du soluté et du solvant, la température et d'autres facteurs.
- Loi de conservation de la masse : Même si la solution subit une dilution, la quantité totale de soluté (permanganate de potassium) reste constante, illustrant la loi de conservation de la masse.
- Analyse colorimétrique : L'utilisation de l'intensité de la couleur pour déterminer la concentration est une application de la colorimétrie, une technique souvent utilisée en chimie pour quantifier la concentration de composés colorés en solution.
Grâce à ce protocole, les élèves acquièrent une expérience pratique des applications concrètes des concepts théoriques en chimie des solutions, améliorant ainsi leur compréhension et leurs compétences en laboratoire.
Résumé du devoir par tranche d'âge
Niveaux 3-5 (âges 8-10)
- Concentre-toi: Introduction de base à la préparation de solutions et aux mesures simples.
- Activités: Observation du processus de dissolution du permanganate de potassium, démonstrations simples de dilution, instructions de sécurité de base.
De la 6e à la 8e année (11-13 ans)
- Concentre-toi: Compréhension intermédiaire de la préparation de solutions et de l'ajustement des concentrations.
- Activités: Préparation d'une solution concentrée de permanganate de potassium, réalisation de calculs de dilution simples, mesure et ajustement des concentrations de solutions, respect de protocoles de sécurité détaillés.
Secondaire 3-5 (14-18 ans)
- Concentre-toi: Maîtrise avancée de la préparation de solutions et compétences analytiques précises.
- ActivitésPréparation précise d'une solution de permanganate de potassium à 80 g/l, dilution précise pour obtenir une concentration de 17,5 g/l dans 250 ml, utilisation de techniques de mesure avancées, enregistrement et analyse détaillés du processus, respect des protocoles de sécurité avancés.
Essentiels de laboratoire
Instruments
- Balance électronique
- Fiole jaugée (100 ml et 250 ml)
- Éprouvette graduée (50 ml et 70 ml)
- Spatule
Produits
- Permanganate de potassium (poudre)