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Travaux Pratiques « Réactivité Chimique » – Parcours MIP&BCG

Avant-Propos

Les travaux pratiques de chimie visent à initier les étudiants aux manipulations en laboratoire et à les familiariser avec la gestion des produits chimiques. Cette science expérimentale exige une combinaison de connaissances théoriques et de compétences pratiques acquises à travers les cours magistraux et les travaux dirigés.

Chaque manipulation proposée est précédée d’une information théorique permettant de comprendre le TP, même si la partie du cours correspondante n’a pas encore été abordée. Une préparation sérieuse et anticipée est indispensable, car une note sera attribuée en fonction du respect des règles de laboratoire, de l’entretien du matériel et de la qualité du compte rendu.

Il est recommandé de lire attentivement les consignes particulières avant d’effectuer la première manipulation.

Règles Générales de Travail et Précautions contre les Accidents

Les accidents en laboratoire sont souvent dus à l’ignorance ou à la négligence. Le travail du chimiste comporte des risques, nécessitant le respect strict des consignes de sécurité. Tous les produits chimiques, selon leur nature toxique, corrosive ou inflammable, présentent des dangers.

Précautions Essentielles

Il faut connaître l’emplacement des équipements de sécurité : extincteur, douche et boîte à pharmacie. Le port d’une blouse en coton est obligatoire, et il est strictement interdit de fumer dans la salle de TP.

Recommandations Générales

• Utiliser uniquement des récipients propres.
• Maintenir la paillasse en parfait état de propreté.
• Verser les liquides du côté opposé à l’étiquette pour éviter les projections.
• Recueillir les gouttes résiduelles avec le bouchon après une manipulation.
• Éviter tout contact entre la pipette et un autre liquide.
• Laver immédiatement l’agitateur magnétique après usage et le ranger.
• Chauffer un tube à essais en le tenant légèrement incliné et en agitant doucement pour éviter les projections.
• Tourner l’orifice du tube à essais vers un côté où il n’y a personne.
• Porter le tube au-dessus de la flamme pour maintenir l’ébullition tout en agitant.
• Opérer sous hotte en cas de dégagement de produits toxiques ou désagréables.
• Arrêter une réaction en vidant le contenu du récipient dans l’évier après observation.
• Ne jamais verser de l’eau dans un acide concentré, notamment le H₂SO₄.
• Ne pas aspirer les liquides corrosifs ou toxiques avec une pipette.
• Signaler toute verrerie fêlée ou toute défaillance des conduites d’eau ou de gaz à l’assistant.

Conduites à Tenir en Cas d’Accident

• Incendie :
  • Éteindre les becs Bunsen et éloigner les produits inflammables.
  • Utiliser un extincteur à CO₂ en dirigeant le jet sur la base des flammes.
• Brûlures de vêtements :
  • Ne pas courir, étouffer le feu en roulant la personne dans une blouse ou utiliser la douche.
  • Éteindre une petite flamme en la battant avec une serviette.
• Brûlures thermiques (verre chaud) : Appliquer une solution saturée d’acide picrique.
• Brûlures par le feu : Utiliser du mercurochrome sans appliquer de corps gras.
• Brûlures chimiques :
  • Laver la peau touchée à l’eau, puis avec une solution de NaHCO₃ en cas de base.
  • Laver les yeux immédiatement à grande eau.
  • Pour les projections d’acide : utiliser une solution très diluée de NaHCO₃.
  • Pour les projections basiques : utiliser une solution d’acide borique.
  • Laver les vêtements souillés par un acide avec une solution ammoniacale peu concentrée, puis rincer à l’eau.

Préparation d’un Compte Rendu

Les TP sont évalués par un contrôle continu. Un rapport doit être remis à la fin de chaque séance. Ce rapport doit être préparé à l’avance pour que les mesures effectuées aient un sens.

Les manipulations longues nécessitent une étude préalable. Les étudiants manipuleront par binômes, et un seul rapport sera exigé par binôme.

Le rapport doit comporter en haut de page :

• Les noms des deux étudiants.
• Le groupe du binôme.
• La date de la manipulation.
• Le titre de la manipulation.

Le texte du rapport doit être clair et détaillé, permettant à un lecteur non initié de suivre les étapes. Il faut indiquer :

• Le numéro de l’échantillon ou de la solution utilisée.
• Les quantités prélevées.
• Les résultats des mesures.
• Les estimations de la précision des étapes.

Matériel de Dosage Volumétrique

Le dosage volumétrique repose sur des méthodes rapides et précises (environ 1 % d’erreur). Il utilise principalement des burettes, pipettes et fioles jaugées.

Burettes

Les burettes sont des tubes cylindriques gradués au 1/10 de ml. Elles permettent de verser des volumes précis de solution titrée dans un récipient.

Pour les utiliser :

• Les rincer deux fois à l’eau distillée, puis une fois avec la solution à doser.
• Remplir la burette jusqu’au-dessus de la graduation 0.
• Chasser l’air du robinet en l’ouvrant et le fermant rapidement.
• Ajuster le ménisque à une graduation précise.

Lecture : Placer l’œil au niveau du ménisque pour une lecture précise. Une bande photophore (trait bleu) facilite la lecture.

Précision : La lecture se fait à une division près, avec une incertitude absolue de 0,1 ml.

Pipettes

Les pipettes permettent de prélever des volumes déterminés (1, 2, 5, 10, ..., 100 ml).

Pour les utiliser :

• Les maintenir verticalement entre le pouce et le majeur.
• Remplir par aspiration à la bouche (ou avec une propipette pour les solutions toxiques).
• Ajuster le ménisque au trait supérieur en bouchant l’orifice avec l’index.
• Verser le liquide goutte à goutte en appuyant la pointe contre la paroi du récipient.

Précision : Pour les pipettes de 10 et 25 ml, l’incertitude absolue est de 0,02 ml (soit une incertitude relative d’au moins 0,2 %).

Fioles Jaugées

Les fioles jaugées servent à préparer des solutions titrées ou à les diluer à un volume précis (50, 100 ou 250 ml).

Précision : L’incertitude absolue est de 0,05 ml (soit une incertitude relative de 0,1 % ou moins).

Mise en Évidence du Point Équivalent

Le point équivalent est déterminé à l’aide d’indicateurs colorés, de la coloration propre d’une substance ou de méthodes instrumentales (comme la pH-métrie).

Technique du Dosage Volumétrique

Avant tout dosage, le matériel doit être nettoyé à l’eau distillée. La technique doit être précise et propre pour minimiser les erreurs.

Mode opératoire :

• Laver tout le matériel à l’eau distillée.
• Ne pas pipeter la solution inconnue directement dans le flacon pour éviter toute contamination.
• Pipeter un volume de la solution inconnue pour rincer la pipette.
• Pipeter largement au-dessus du trait, ajuster le ménisque, puis verser le volume étalonné dans l’erlenmeyer.
• Rincer la burette avec la solution titrante, puis la remplir (sans faire le zéro).
• Faire le zéro de la burette en vérifiant l’absence de bulles d’air.
• Commencer le dosage par un essai grossier, puis affiner avec un dosage précis.

Définitions Clés

• Nombre d’Avogadro : Nombre d’atomes dans 12 grammes de carbone, égal à 6,02 × 10²³.
• Mole : Ensemble de 6,02 × 10²³ particules identiques (atomes, molécules, ions).
• Équivalent : Quantité active (H₃O⁺, OH^-, e^-) mise en jeu par une molécule ou une fraction de molécule dans une réaction.
• Moles d’équivalents : Une mole d’équivalents = 6,02 × 10²³ équivalents.
• Normalité (N) : Nombre de moles d’équivalents d’un réactif dissous dans un litre de solution.
• Molarité (C) : Nombre de moles d’un constituant par litre de solution.
• Concentration massique (C’) : Masse (en grammes) d’un constituant par litre de solution.

Présentation des Résultats d’un Dosage

À la fin d’un dosage, le nombre de moles d’équivalents dans la solution à doser est égal à celui dans la solution titrée.

Formule de base : N₁ × V₁ = N₂ × V₂.

Exemple de calcul :

• Normalité N₂ = (N₁ × V₁) / V₂.
• Molarité C₂ = N₂ / p (p = nombre d’équivalents par molécule).
• Concentration massique C’₂ = M₂ × C₂ (M₂ = masse molaire).

Précision : Les résultats sont entachés d’incertitudes dues aux erreurs fortuites (maladresse, instabilité des appareils) et systématiques (étalonnage, méthode). Un calcul d’incertitude est nécessaire avant la présentation des résultats.

Acidimétrie – Alcalimétrie

L’acidimétrie et l’alcalimétrie reposent sur la réaction de neutralisation entre un acide et une base, détectée par un indicateur coloré.

Rappels :

• Un acide ou une base libère ou capte un proton H⁺.
• Les acides forts (comme HCl) libèrent totalement leurs protons.
• Les acides faibles (comme CH₃COOH) forment un équilibre.
• Le pH mesure la concentration en ions H₃O⁺.

FAQ

Pourquoi est-il interdit de fumer en laboratoire ?

Le tabagisme en laboratoire est interdit en raison des risques d’incendie et d’explosion liés aux produits inflammables. Une étincelle peut déclencher un incendie ou une réaction violente.

Comment ajuster le ménisque d’une pipette ou d’une burette ?

Pour ajuster le ménisque, il faut placer la pipette ou la burette verticalement et ajuster le volume en bouchant l’orifice supérieur de la pipette avec l’index ou en ouvrant/fermant rapidement le robinet de la burette.

Quelle est la différence entre une mole et un équivalent ?

Une mole correspond à un ensemble de 6,02 × 10²³ particules (atomes, molécules ou ions). Un équivalent est une quantité active (comme un ion H³O⁺ ou OH^-) mise en jeu par une molécule ou une fraction de molécule dans une réaction spécifique.