Base d'épreuves orales scientifiques de concours aux grandes écoles

Énoncé(s) donné(s)
Dosage potentiométrique à intensité nulle pour déterminer la teneur en Fe d'un trombone

Questions pré TP (30 mn, ramassées avant le début du TP à proprement parler)
1) Qu’est-ce qu’un nombre d’oxydation ? Lorsqu’on oxyde un élément comment varie son n.o. ? Qu’est-ce qu’une réaction d’oxydo-réduction ?
2) Donner le n.o. des atomes des éléments suivants : Na, Fe³⁺, H₂O₂, MnO₄^-.
3) Vaut-il mieux utiliser du permanganate de potassium ou du dichromate de potassium pour doser une solution de Fe²⁺ dilué dans HCl ? (dichromate car risque de réaction rédox totale entre MnO₄^- et Cl^- je crois)
4) Ecrire la relation donnant le potentiel en fonction du pH d’une solution de Cr₂O₇^2-/Cr³⁺avec C=0,1 M. Calculer pour pH=5.
5) Qu’est-ce qu’un halogène ? Donner deux exemples. Sont-ce de bons oxydants ?
6) Exemple de deux réactions entre halogénures et dihalogène et il fallait dire ce qu’il se passait (avec les K⁰ on trouvait une totale et l’autre très peu avancée).

Mode opératoire :

• Peser le trombone (en acier Maped).
• SE METTRE SOUS HOTTE.
• Dans un erlenmeyer de 50 mL verser environ 5 mL d’eau distillée et environ 20 mL de HCl concentré.
• Chauffer le mélange jusqu’à début d’ébullition pour enlever le O₂ de la solution (200-250°C).
• Mettre le trombone dans l’erlenmeyer pendant 5 minutes hors feu.
• Remettre le mélange à chauffer avec agitation jusqu’à dissolution complète du trombone (300 tours/min et 250°C) soit pendant environ 10 mn.
• Laisser refroidir le mélange.
• FIN DE SOUS HOTTE.
• Dans une fiole jaugée de 100 mL mettre environ 40 mL d’eau désoxygénée puis verser le mélange de l’erlenmeyer dedans. Compléter jusqu’au trait de jauge avec l’eau désoxygénée en n’oubliant pas d’incorporer les eaux de rinçage de l’erlenmeyer.
• Après déduction de la prise d’essai nécessaire (cf questions) doser le mélange avec une solution de K₂Cr₂O₇^2- (C=5.10^-3 M) après ajout de 10 mL de H₃PO₄ concentré au mélange.
  

Questions :
Partie A :
1) Ecrire la réaction entre Cr₂O₇^2- et Fe²⁺.
2) Expression littérale des potentiels et espèces majoritaires avant et après l’équivalence.
3) Justifier le choix des électrodes à utiliser pour le dosage.
4) On observe un dégagement gazeux lors de la dissolution du trombone dans la solution. Quel est-il ? Justifier avec des échelles de E ou bien des courbes intensité-potentiel.
5) Pourquoi doit-on être en milieu acide ?
6) Pourquoi évite-t-on toute trace d’O₂ ?

Partie B :
1) En supposant que l’acier du trombone contient 90% en masse de fer, déterminer la prise d’essai de la solution de Fe²⁺ nécessaire pour faire la solution à doser. On prendra M(Fe)=55,85 g/mol (j’ai trouvé 5 mL, surtout qu’il y avait une pipette jaugée de 5 mL à disposition).
2) Tracer la courbe E=f(V).
3) Trouver Véq (10 mL).
4) Donner la concentration de la solution à titrer (non précisé si avant l’ajout de H₃PO₄ ou non).
5) Déterminer la proportion de Fe dans l’acier du trombone (91,8%) et l’incertitude sur ce calcul.

Questions posées à l’oral lorsque j’avais fini mes manip
1) Quelles électrodes utilise-t-on ? (Pt et électrode de référence, en l’occurrence l’ECS).
2) Qu’est-ce qu’une électrode de référence ?
3) Qu’est-ce que l’ECS ?
4) Qu’est-ce que le calomel ?
5) Pourquoi cette électrode a-t-elle un E fixe ?
6) Qu’est-ce qui pourrait quand même légèrement modifier ledit E ?
7) Donner d’autres électrodes de référence.
8) Donner d’autres méthodes pour effectuer ce dosage.
9) Qu’est-ce que l’acier ?

Commentaires :

• Port de gants (acides concentrés) + lunettes tout le long du TP (manipulation de l’erlenmeyer chaud à l’aide d’une pince).
• Burette de 25 mL très fine donc très haute et pas très pratique pour enlever les bulles d’air.
• Présence de nombreux E⁰ sauf ceux des couples H₂/H⁺ et O₂/H₂O.
• Calculettes TI type collège fournies ainsi que des règles de 30 cm.
• Pour le calcul de l’incertitude, aucunes données ne sont fournies donc je suppose qu’il fallait regarder sur la verrerie.
• Les électrodes étaient protégées par des capuchons en plastique qui remplacent les béchers habituellement utilisés et à enlever pour le dosage !
• Il y a 4 personnes et 2 TP par salle.
• Le professeur ne confirme/n’infirme rien en terme du choix du volume de la prise d’essai etc.