Exercice : concentrations d'un agent de coagulation-floculation

Après traitement mécanique de filtration grossière, les eaux sales sont versées dans une cuve où est ajouté un coagulant. Le chlorure de fer (III) est couramment utilisé ; il est ajouté sous forme de solution aqueuse. On prépare un volume V = 1 m³ de cette solution en dissolvant 300 g de chlorure de fer (III) solide dans de l'eau distillée.
1. Sachant que le chlorure de fer (III) est un solide ionique et que les ions fer (III) et chlorure ont pour formule respectives Fe³⁺ et Cl^-, montrer que sa formule brute s'écrit FeCl₃.
2. On peut lire sur l'étiquette d'un flacon de chlorure de fer III qu'il est hexahydraté et que la formule complète du solide est FeCl₃, 6H₂O.

Calculer la masse molaire du chlorure de fer (III) à l'aide des données fournies en fin d'énoncé.
3. 1. Donner la valeur de la concentration massique, notée t, de la solution aqueuse utilisée lors de cette étape d'épuration de l'eau.
3.2. Ecrire la relation entre concentration molaire c, concentration massique t et masse molaire M. En déduire la valeur de la concentration molaire de la solution aqueuse utilisée.
4. Un enseignant souhaite montrer cette expérience à sa classe. Il demande alors à un élève de lui préparer 1,0 L d'une solution de chlorure de fer III de même concentration molaire que celle utilisée à grande échelle.

     4.1. Quelle masse doit être dissoute dans une fiole de 1,0 L ?
     4.2. Décrire les différentes étapes d'obtention de 1,0 L de cette solution aqueuse.

5. On travaille maintenant avec une solution cinq fois moins concentrée que la précédente.

     5.1. Déterminer la concentrétion molaire de cette troisième solution.

     5.2. Choisir parmi cette liste de matériel ce dont on a besoin pour réaliser cette dilution. Justifier.

pipette jaugée de 1 mL ; pipette jaugée de 10 mL; pipette graduée de 10 mL; poire à pipeter;

Donnée: masses molaires (g.mol^-1) : M(H) = 1 ; M(O) = 16; M(Fe) = 55,8 et M(Cl) = 35,5

Réponses :

1. Un solide ionique est électriquement neutre. Comme l'ion fer(III) est un cation chargé 3+ et que l'ion chlorure est monochargé, il faut 3 anions pour compenser la charge du cation. La formule brute du solide ionique est donc FeCl₃.
2. M(FeCl₃, 6H2O) = M(Fe) + 3M(Cl) + 12M(H) + 6M(O) = 270,3 g.mol^-1
3.1. t = 300 g.L^-1
3.2. c = t/M         AN : c = 1,10 mol.L^-1
4.1. 300/10³ = 0,30 g
4.2. Etapes de dissolution d'un solide
- peser 0,30 g de chlorure de fer (III) (après avoir taré la balance);
- transvaser quantitativement le solide dans une fiole jaugée de 1 L à l'aide d'un entonnoir;
- ajouter de l'eau distillée afin de dissoudre tout le solide, boucher et agiter;
- compléter jusqu'au trait de jauge ;
- agiter afin d'homogénéiser la solution.

5.1. c_fille = c / 5 = 2,2.10^-1 mol.L^-1

5.2. pipette jaugée de 10 mL surmontée d'une poire à pipeter ; becher de 50 mL pour verser préalablement de la solution mère afin d'en prélever 10 mL

fiole jaugée de 50 mL.