Détermination du pourcentage massique en cuivre dans une pièce de monnaie

Toutes les pièces d'euros contiennent du cuivre dans des proportions différentes. Les pièces de 10, 20 et 50 centimes d'euros contiennent, en particuliers 89 % de cuivre. L'objectif de ce T.P est de vérifier, par spectrophotométrie ce pourcentage.

 

Matériel et solutions

A votre paillasse : Une balance ; un spectrophotomètre ; une burette ; des tubes à essais ; une coupelle plastique ; des fioles de 25 et 100 mL ; une pissette d’eau distillée. 

Au bureau : une pièce de 10 centimes d’euros ; une éprouvette de 50 mL ; de l’acide nitrique concentrée (H3O+ + NO3-) ; une fiole jaugée de 500,0 mL ; du sulfate de cuivre CuSO4 solide.

I. Attaque du cuivre contenu dans la pièce par l'acide nitrique

On pèse une pièce de 10 centimes d'euros : m=……………

Sous la hotte, dans un bécher, on place la pièce de 10 centimes d'euros et on ajoute 30,0 mL d'acide nitrique. On observe un dégagement roux toxique, la solution prend une teinte bleue très foncée.

  1. Ecrire les demi-équations d'oxydo-réduction puis l'équation chimique de la réaction traduisant cette transformation, les couples mis en jeu au cours de cette transformation sont : Cu2+ / Cu et NO3- / NO(g).
  2. En étudiant cette équation chimique, justifier vos observations (la coloration rousse du dégagement gazeux que l'on observe est due à la formation de dioxyde d'azote NO2 qui est le produit de la réaction entre le monoxyde d'azote NO et le dioxygène de l'air O2 )

Une fois le dégagement gazeux terminé, on verse le contenu du bécher dans une fiole jaugée de 1 L et on complète jusqu'au trait de jauge. Soit S la solution ainsi préparée de concentration c en sulfate de cuivre.

II. Préparation de la solution mère de sulfate de cuivre

Préparer 100 mL d’une solution S0 de sulfate de cuivre en dissolvant 3,75g de cristaux. Indiquer le protocole expérimental sur le compte rendu puis calculer la concentration c0 en mol.L-1 en soluté.

Remarque : le sulfate de cuivre est pentahydraté, sa formule chimique est donc CuSO4,5 H2O

III. Préparation de l'échelle des teintes

A l'aide de la solution de sulfate de cuivre, préparer l'échelle de teinte suivante : (placer la solution fille dans un tube à essai numéroté) . Compléter le tableau :

N° du tube

1

2

3

4

5

Volume de solution mère (mL)

3

6

9

12

15

Volume de la solution fille (mL)

25

25

25

25

25

Concentration (mol.L-1)

          

IV. Réalisation d'une courbe d'étalonnage

  1. A l'aide du spectrophotomètre, on peut déterminer l'absorbance A de chacune des solutions de l'échelle des teintes. Compléter le tableau suivant  :
    2.

    Concentration (mol.L-1)

    c1=

    c2=

    c3=

    c4=

    c5=

    c0=

    c= ?

    Absorbance

    		              

     

  2. Tracer la courbe d’étalonnage A=f(c). On se placera à la longueur d'onde l = 800 nm (valeur de la longueur d'onde pour laquelle l'absorbance de la solution de sulfate de cuivre est maximale).
    3.
  3. Les mesures d’absorbance verifient-elles la loi de Beer Lambert ?
  4. En déduire la concentration c de la solution S.
    5.

V. Pourcentage en cuivre dans la pièce

  1. Quel est le pourcentage, en masse de cuivre contenu dans la pièce de 10 centimes d'euros ?
  2. En utilisant la valeur théorique calculer le pourcentage d'erreur.

 

MATERIEL 

Elèves :

au bureau :

Remarque : bien agiter la solution obtenue lors de l'attaque de la pièce de monnaie par l'acide nitrique afin d'évacuer tout le dioxyde d'azote dissous en solution (sinon la solution après dilution est verte au lieu d'être bleu).

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Bénédicte COLLIAU et Tony BOIVIN  

Professeurs de sciences-physiques

Lycée Augustin Thierry 41000 Blois

 

  depuis le 1er septembre 2001