La teneur en dioxygène dissous dans une eau naturelle (lac,...

La teneur en dioxygène dissous dans une eau naturelle (lac, rivière) est une donnée écologique importante. On peut la déterminer en soumettant un échantillon d'eau aux réactions successives suivantes : $$ \begin{aligned} & 2 \mathrm{MnSO}_4+4 \mathrm{NaOH}+\mathrm{O}_2=2 \mathrm{MnO}_2(\mathrm{~s})+2 \mathrm{Na}_2 \mathrm{SO}_4+2 \mathrm{H}_2 \mathrm{O} \\ & \mathrm{MnO}_2(\mathrm{~s})+2 \mathrm{H}_2 \mathrm{SO}_4+2 \mathrm{NaI}=\mathrm{MnSO}_4+\mathrm{I}_2+\mathrm{Na}_2 \mathrm{SO}_4+2 \mathrm{H}_2 \mathrm{O} \\ & \mathrm{I}_2+2 \mathrm{Na}_2 \mathrm{~S}_2 \mathrm{O}_3=\mathrm{Na}_2 \mathrm{~S}_4 \mathrm{O}_6+2 \mathrm{NaI} \end{aligned} $$ La première réaction, à laquelle participe le dioxygène dissous dans l'eau, donne un précipité de $\mathrm{MnO}_2$ qui disparaît au cours de la deuxième. Celle-ci donne du diiode $\mathrm{I}_2$ qui colore la solution en brun et cette coloration disparait au cours de la troisième réaction; l'instant où la décoloration devient totale indique la fin de la réaction (tout le diiode a réagi). a) Doit-on utiliser une quantité exactement mesurée des réactifs intervenant dans la première, la deuxième et la troisième réaction? b) Le dosage du dioxygène dans un échantillon d'eau de $250 \mathrm{~mL}$ a nécessité $95 \mathrm{~mL}$ d'une solution de $\mathrm{Na}_2 \mathrm{~S}_2 \mathrm{O}_3$ à 27 g.L. . Quelle est la teneur en $\mathrm{O}_2$ dissous dans cette eau?

La teneur en dioxygène dissous dans une eau naturelle (lac, rivière) est une donnée écologique importante. On peut la déterminer en soumettant un échantillon d'eau aux réactions successives suivantes :
$$
\begin{aligned}
& 2 \mathrm{MnSO}_4+4 \mathrm{NaOH}+\mathrm{O}_2=2 \mathrm{MnO}_2(\mathrm{~s})+2 \mathrm{Na}_2 \mathrm{SO}_4+2 \mathrm{H}_2 \mathrm{O} \\
& \mathrm{MnO}_2(\mathrm{~s})+2 \mathrm{H}_2 \mathrm{SO}_4+2 \mathrm{NaI}=\mathrm{MnSO}_4+\mathrm{I}_2+\mathrm{Na}_2 \mathrm{SO}_4+2 \mathrm{H}_2 \mathrm{O} \\
& \mathrm{I}_2+2 \mathrm{Na}_2 \mathrm{~S}_2 \mathrm{O}_3=\mathrm{Na}_2 \mathrm{~S}_4 \mathrm{O}_6+2 \mathrm{NaI}
\end{aligned}
$$

La première réaction, à laquelle participe le dioxygène dissous dans l'eau, donne un précipité de $\mathrm{MnO}_2$ qui disparaît au cours de la deuxième. Celle-ci donne du diiode $\mathrm{I}_2$ qui colore la solution en brun et cette coloration disparait au cours de la troisième réaction; l'instant où la décoloration devient totale indique la fin de la réaction (tout le diiode a réagi).
a) Doit-on utiliser une quantité exactement mesurée des réactifs intervenant dans la première, la deuxième et la troisième réaction?
b) Le dosage du dioxygène dans un échantillon d'eau de $250 \mathrm{~mL}$ a nécessité $95 \mathrm{~mL}$ d'une solution de $\mathrm{Na}_2 \mathrm{~S}_2 \mathrm{O}_3$ à 27 g.L. . Quelle est la teneur en $\mathrm{O}_2$ dissous dans cette eau?

Key Concepts

Stoichiometry

Stoichiometry involves the quantitative relationships between reactants and products in chemical reactions. This concept is fundamental when determining how much of a substance is required or produced in a reaction, based on balanced chemical equations. It allows one to relate the amounts of different species involved and is critical for calculating the concentration of an analyte in titrations and other quantitative analyses.

Redox Reactions

Redox (reduction-oxidation) reactions involve the transfer of electrons between chemical species. In the context of chemical analysis, redox reactions are often used to convert one species into another in a way that allows indirect quantification of the original substance. The reaction sequence in the problem demonstrates the use of redox reactions to transform the dissolved oxygen into measurable intermediates, making this concept central to understanding the titration process.

Volumetric Analysis

Volumetric analysis is a method of quantitative chemical analysis where the amount of a reactant in a solution is determined by measuring the volume of a reagent solution of known concentration required to complete a reaction. This technique is essential for assessing the concentration of analytes like dissolved oxygen, and it relies on precise measurement of volumes and the stoichiometric relationships between reactants.

Endpoint Determination

Endpoint determination is the process of identifying the point in a titration at which the reaction is complete, typically signaled by a noticeable change, such as a color change. This is crucial in volumetric analysis because it directly indicates that the amount of titrant added is stoichiometrically equivalent to the analyte present. In the given redox titration, the disappearance of color signifies that all the intermediate species have reacted.

Precision in Reagent Quantities

Using precisely measured quantities of reagents is important in quantitative chemical analysis to ensure accurate and reproducible results. However, in multi-step reactions, it is not always necessary that each reaction is carried out with exactly measured amounts if there is a clear stoichiometric compensation or if the final titration endpoint is reliable. Understanding when exact amounts are needed and when excess reagents can be tolerated is an important aspect of method design in analytical chemistry.

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