Demande chimique en oxygène dans l’eau

Demande chimique en oxygène dans l’eau

Introduction

La demande chimique en oxygène (DCO) correspond à la masse d’oxygène moléculaire dissoute dans l’eau, nécessaire à l’oxydation totale des molécules organiques présentes. L’objectif de ce TP est de déterminer la DCO de l’eau du canal ainsi qu’un effluent industriel et de les comparer à celle de l’eau distillée comme témoin.

La détermination de la DCO repose sur un dosage potentiométrique indirect de la matière organique. Tout d’abord, la matière organique (MO) est oxydée en milieu acide par un excès de Cr2O72-. Ensuite, l’excès de réactif est dosé par une solution de Fe2+. Ainsi, la détermination de la quantité de MO revient à étudier la différence entre la quantité en ions dichromate initiale et la quantité en ions dichromate finale. Enfin, la quantité de MO sera rapportée afin d’évaluer la DCO.

Pour la suite de ce compte rendu, toutes les incertitudes sont données pour un intervalle de confiance de 95%.

Mode opératoire

Matériel

Titreur automatique associé à une électrode de référence Ag/AgCl/KCl

Tubes réfrigérants

Pipettes jaugées de 10, 25 et 50 mL

Pipettes graduées de 10 mL

Béchers

Échantillons d’eau du canal et d’effluent

Solutions : Cr2O72- à 4,17.10-2 mol.L-1, H2SO4 concentré, Sel de Mohr NH4Fe(SO4)2 solvaté.

Précautions

L’acide sulfurique et le dichromate sont tous les deux toxiques et corrosifs. Ainsi, la manipulation est à faire avec prudence et attention en utilisant l’équipement de protection adéquat : blouses, lunettes et gants.

De plus, le dichromate est un polluant très dangereux pour l’environnement. Les déchets de chrome sont à jeter dans le bidon associé.

Oxydation de la matière organique

L’oxydation de la MO s’effectue à 200°C afin d’accélérer la réaction. Elle s’effectue pour une durée de 1h30, temps suffisant pour une DCO<150 mg.L-1 conformément aux normes de rejet des effluents industriels.

Préparation des tubes réfrigérants :

Dans 3 tubes réfrigérants propres et secs, ajouter, en utilisant des pipettes adéquates et préalablement lavées avec les solutions à prélever, :

10 mL de de la solution de Cr2O72-

5 mL de la solution de H2SO4

3 grains de pierre ponces

Numéroter les tubes de 1 à 3 et rajouter respectivement 50 mL d’eau distillée, 50 mL de l’eau du canal et 50 mL de l’effluent. La pipette jaugée de 50 mL est à nettoyer avec de l’eau et laver avec la solution à prélever avant chaque ajout.

Homogénéiser les tubes puis les introduire dans le four sous la hotte.

Dosage des ions Fe2+

La réaction d’oxydation de Fe2+ (E°Fe3+/Fe2+= 0,77 V/ESH) par O2 (E°O2/H2O= 1,23 V/ESH) est favorable. Ainsi, la détermination de la concentration en ions ferreux de la solution de sel de Mohr (CFe2+) est nécessaire du fait de leur instabilité en présence du dioxygène de l’air.

L’évaluation de CFe2+ revient à doser la solution de dichromate dont la concentration est connue :

Préparation de la solution à doser : dans un bécher propre, ajouter 5 mL de de la solution de Cr2O72-, 2,5 mL de la solution de H2SO4 et 25 mL d’eau distillée avec des pipettes adéquates, préalablement lavées avec les solutions à prélever.

Protocole de dosage :

Sortir l’électrode de référence de son bain de KCl et la laver avec de l’eau distillée.

Essuyer l’électrode délicatement avec du papier Joseph et la plonger dans la solution à doser.

Mettre le barreau aimanté de l’agitateur en veillant à ce qu’il ne heurte pas l’électrode.

Doser la solution par le sel de Mohr en utilisant le titreur automatique.

Réaliser au moins deux dosages.

Dosage des ions dichromates en excès

Après 1h30 au four, sortir les tubes DCO, les placer dans leur portoir et plonger dans un bain d’eau froide.

Après refroidissement, doser les 3 solutions suivant le même protocole de dosage précédent.

Résultats

Courbes de dosages des ions dichromate par les ions ferreux

Dosage 1 : VE1 = 11,16 ± 0,06 mL Dosage 2 : VE2 = 11,25 ± 0,06 mL

Volumes équivalents des dosages de l’excédent d’ions dichromates dans les 3 tubes

Tube 1 (eau distillée)

Tube 2 (eau du canal)

Tube 3 (effluent)

21,99 ± 0,06 mL

20,99 ± 0,06 mL

16,25 ± 0,06 mL

Exploitation

Dosage des ions Fe2+ de la solution de sel de Mohr

Le suivi potentiométrique du dosage est effectué via une électrode de référence de Ag/AgCl/KCl (EA) dont le potentiel standard est de 0,22 V/ESH à 25°C. Ainsi :

E°Cr2O72+/Cr3+= 1,33 V/ESH = 1,11 V/EA à 25°C

E°Fe3+/Fe2+= 0,77 V/ESH = 0,55 V/EA à 25°C

Réaction de dosage

Les ions Cr2O72- oxydent les ions Fe2+ selon la réaction suivante :

Cr2O72- + 6 Fe2+ + 14 H+ ⟹ 2 Cr3+ + 6 Fe3+ + 7 H2O

Bilan des espèces durant le dosage

VFe2+ = 0 mL

VFe2+ < VE

VFe2+

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