Sujet Bac –Ministère – Etude des ions fer d'un vin (5 points) Calculatrice autorisée

Le vin blanc contient des ions fer(III) Fe³⁺ qui doivent être présents en faible quantité :

de 5 à 15 mg.L^-1. Si la teneur devient trop importante, un précipité risque d'apparaître, appelé casse ferrique. Il est donc nécessaire de déterminer la teneur d'un vin en ions fer(II) Fe²⁺ et fer(III) Fe³⁺ afin de savoir si le vin risque de se troubler ou non.

Le dosage se fera par spectrophotométrie.

I ) Origine des ions fer dans le vin :

La vinification se fait généralement dans des tonneaux dont le cerclage en fer métallique peut réagir avec le vin (acide) selon une réaction d'oxydoréduction entre les couples Fe²⁺ / Fe et

H₃O⁺ / H₂ . Puis une partie des ions Fe²⁺ sont oxydés en Fe³⁺ par le dioxygène dissous.

Donnée : Couple oxydant/réducteur : O₂ / H₂O.

Ecrire les deux réactions d'oxydoréduction ayant lieu.

II ) Réalisation des solutions étalon :

Pour réaliser le dosage par spectrophotométrie, il est nécessaire de réaliser la courbe d'étalonnage du spectrophotomètre, c'est-à-dire le tracé de la courbe A = f([Fe³⁺]) où A est l'absorbance de la solution.

Une solution aqueuse S d'ion fer(III) est préparée par dissolution d'alun de fer et d'ammonium de formule (NH₄)₂SO₄, Fe₂(SO₄)₃ , 24 H₂O.

1) Quelle masse d'alun faut-il dissoudre dans 1 L d'eau distillée pour que la concentration massique de la solution S en ions Fe³⁺ soit t₁(Fe³⁺) = 0,20 g.L^-1 ?

Masses molaires : M(alun) = 964 g.mol^-1 ; M(Fe) = 55,8 g.mol^-1 .

2) A partir de la solution S, décrire le mode opératoire à mettre en œuvre pour former un volume V = 500 mL d'une solution S₀ de concentration t₂(Fe³⁺) = 20 mg.L^-1 .

3) Dans huit tubes numérotés de 1 à 8, on verse de l'eau distillée et la solution S₀, suivant les indications du tableau ci-dessous, que l'on complétera.

tube n°	1	2	3	4	5	6	7	8
S0 (mL)	1,0	2,0	3,0	4,0	5,0	6,0	7,0	8,0
eau (mL)	9,0	8,0	7,0	6,0	5,0	4,0	3,0	2,0
t(Fe^3+) en mg.L^-1

On ajoute ensuite dans chaque tube :

- 1 mL d'acide chlorhydrique concentré;

- 1,0 mL d'une solution de thiocyanate de potassium (K⁺ + SCN^-) à 2,0 mol.L^-1 .

On homogénéise.

Il se forme un complexe rouge FeSCN²⁺ suivant l'équation de réaction :

Fe³⁺ + SCN^- ® FeSCN²⁺

réaction considérée comme totale. C'est ce complexe qui va être responsable de l'absorbance des solutions.

4) Montrer que, dans chaque solution étalon, les ions thiocyanate introduits sont en excès.

On vérifiera seulement que c'est le cas pour la solution la plus concentrée en ions Fe³⁺ .

III ) Préparation de la solution de vin à doser :

On désire doser la totalité de l'élément fer contenu dans le vin. Afin que tout l'élément fer contenu dans le vin blanc soit sous forme d'ions fer(III) libres, on doit réaliser les deux opérations suivantes sur 10,0 mL de vin blanc:

- on détruit les précipités de fer avec 1 mL d'acide chlorhydrique concentré ;

- on oxyde tous les ions fer(II) en ions fer(III) avec quelques gouttes d'eau oxygénée H₂O₂.

On forme ensuite, avec 1 mL de la solution de thiocyanate de potassium, l'ion complexe rouge FeSCN²⁺ .

Ecrire l'équation de la réaction entre les ions fer(II) et le peroxyde d'hydrogène H₂O₂.

Couples redox faisant intervenir le peroxyde d'hydrogène : O_{2 (g)} / H₂O_2(aq) et H₂O_2(aq)/ H₂O.

IV ) Mesures spectrophotométriques :

On réalise le blanc à la longueur d'onde l = 465 nm, la cuve étant remplie de vin blanc non traité.

On mesure l'absorbance des solutions étalons, puis l'absorbance de l'échantillon de vin traité.

Les résultats sont consignés dans le tableau ci-dessous.

Tube n°	1	2	3	4	5	6	7	8
A	0,27	0,53	0,80	1,06	1,33	1,60	1,86	2,13

Echantillon de vin traité: A = 1,45.

1) Sachant que le complexe absorbant FeSCN²⁺ est rouge, expliquer pourquoi les mesures d'absorbance sont faites en utilisant une longueur d'onde bleue.

2) Tracer la courbe d'étalonnage de l'absorbance A en fonction de la concentration massique des ions fer(III). Quelle est la relation entre A et la concentration massique ?

3) Déterminer la concentration massique en ions fer(III) du vin à l'aide de la courbe d'étalonnage et de la mesure de l'absorbance de la solution de vin blanc.

4) Conclure sur la possibilité de casse ferrique de ce vin.

5) Cette méthode de dosage spectrophotométrique est-elle applicable pour un vin rouge ?