Rapport TP 2 : Titrage acide - base

Raphael Braunschweig, Stefan BinderGroupe A, Binome 3

Date de manipulation : 29 mars 2007Rendu du rapport : 5 avril 2007

Table des matie`res

1 Objectifs du travail 2

2 Resultats 22.1 Reaction acide fort / base forte HCl/NaOH . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

2.1.1 Titrage grossier . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32.1.2 Titrage precis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3

2.2 Reaction acide faible / base forte CH3COOH/NaOH . . . . . . . . . . . . . . . 42.2.1 Titrage grossier . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 42.2.2 Titrage precis . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4

2.3 Graphiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5

3 Calculs 73.1 Titrage HCl/NaOH . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73.2 Titrage CH3COOH/NaOH . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 73.3 Solution tampon . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 9

4 Remarques, commentaires et conclusion 94.1 Raison de la dilution du vinaigre avant le titrage . . . . . . . . . . . . . . . . . . 94.2 Remarque sur le pH au point dequivalence et le choix de lindicateur . . . . . . . 94.3 Causes des incertitudes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 104.4 Conclusion . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10

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1 Objectifs du travail

Dans cette experience, nous avons effectue une serie de titrages pour determiner graphi-quement le point dequivalence de deux reactions sur la courbe de titrage.A` laide du volume dequivalence mesure et de la concentration de lespe`ce titrante ou titree,nous avons determine la concentration molaire dun acide ou dune base.

Dabord, nous calculerons la concentration dune solution de NaOH en titrant une solu-tion de HCl de concentration connue.

Ensuite, nous verifierons la concentration en CH3COOH(aq) indiquee sur letiquette dunvinaigre commercial en le titrant avec le meme NaOH, dont nous connaissons maintenantla concentration exacte. Nous en deduirons egalement le pKa de lacide acetique, grace audemi-point dequivalence.

Enfin, nous etudierons (theoriquement) une solution tampon de CH3COOH de pH = 7.

2 Resultats

Pour les 2 experiences suivantes, nous avons effectue dabord un titrage grossier (ml par ml),pour reperer la zone du point dequivalence.Ensuite, nous avons fait un titrage precis (0.1 ml par 0.1 ml) autour de ce volume pour obtenirle point dequivalence precis.

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2.1 Reaction acide fort / base forte HCl/NaOH

2.1.1 Titrage grossier

ml de solution titrante (NaOH) ( 0.3 ml) pH de la solution titree Couleur de lindicateur0.00 1.83 Jaune1.00 1.86 Jaune2.10 1.90 Jaune2.95 1.96 Jaune4.00 2.03 Jaune5.10 2.13 Jaune6.10 2.22 Jaune7.00 2.33 Jaune8.05 2.49 Jaune9.00 2.75 Jaune10.00 3.46 Jaune11.10 10.87 Bleu11.95 11.26 Bleu13.00 11.46 Bleu14.05 11.61 Bleu15.00 11.71 Bleu15.90 11.79 Bleu17.05 11.86 Bleu18.00 11.91 Bleu19.10 11.96 Bleu20.15 12.00 Bleu21.00 12.03 Bleu

2.1.2 Titrage precis

ml de solution titrante (NaOH) ( 0.3 ml) pH de la solution titree Couleur de lindicateur7.00 2.21 Jaune8.00 2.38 Jaune9.10 2.68 Jaune9.95 3.72 Jaune10.00 4.15 Jaune10.05 4.89 Jaune10.10 5.46 Jaune10.15 9.71 Bleu10.30 10.2 Bleu10.40 10.58 Bleu10.6 10.89 Bleu10.75 11.00 Bleu10.85 11.08 Bleu11.00 11.13 Bleu12.00 11.48 Bleu13.00 11.66 Bleu

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2.2 Reaction acide faible / base forte CH3COOH/NaOH

2.2.1 Titrage grossier

ml de solution titrante (NaOH) ( 0.3 ml) pH de la solution titree Couleur de lindicateur0.00 3.25 Incolore1.00 3.84 Incolore2.00 4.20 Incolore2.95 4.46 Incolore4.00 4.67 Incolore5.10 4.92 Incolore6.05 5.16 Incolore7.00 5.49 Incolore8.05 6.86 Incolore9.00 11.11 Rose10.05 11.46 Rose11.00 11.63 Rose12.00 11.75 Rose13.05 11.84 Rose14.05 11.91 Rose15.05 11.97 Rose16.00 12.02 Rose17.05 12.06 Rose18.00 12.09 Rose

2.2.2 Titrage precis

ml de solution titrante (NaOH) ( 0.3 ml) pH de la solution titree Couleur de lindicateur4.00 4.72 Incolore5.00 4.95 Incolore6.05 5.23 Incolore7.00 5.70 Incolore7.10 5.80 Incolore7.20 5.89 Incolore7.30 6.04 Incolore7.40 6.20 Incolore7.50 6.34 Incolore7.60 6.80 Incolore7.70 7.55 Incolore7.80 10.08 Rose7.95 10.43 Rose8.00 10.52 Rose8.10 10.73 Rose8.20 10.81 Rose8.50 11.07 Rose8.95 11.26 Rose9.85 11.47 Rose11.05 11.65 Rose

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2.3 Graphiques

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3 Calculs

3.1 Titrage HCl/NaOH

A` laide de la courbe de titrage precis, on obtient les coordonnees du point dequivalence : Volume equivalent de NaOH : VNaOH = 10.12 0.2 [ml] pH equivalent : 7.1 0.2

A` lequivalence, nous avons le meme nombre de moles dacide que de base :

nHCl = nNaOH CHClVHCl = CNaOHVNaOH

CNaOH =CHClVHClVNaOH

On a : VHCl = 10 0.2 [ml], le volume de HCl preleve initialement. CHCl = 0.100 0.001 [mol/l], la concentration de la solution acide. VNaOH = 10.12 0.2 [ml], le volume equivalent de NaOH.Ainsi, on obtient CNaOH = 0.099 0.003 [ml].

Pour calculer lerreur absolue, nous avons utilise la methode des erreurs propagees.

La concentration de NaOH que nous avons trouvee est satisfaisante, car la valeur indiquesur le flacon ( ' 0.100 M ) se trouve dans notre marge derreur.

3.2 Titrage CH3COOH/NaOH

A` laide de la courbe de titrage precis, on obtient les coordonnees du point dequivalence : Volume equivalent de NaOH : VNaOH = 7.73 0.2 [ml] pH equivalent : 8.5 0.2

Idem, A` lequivalence, nous avons le meme nombre de moles dacide que de base :

nCH3COOH = nNaOH CCH3COOHVCH3COOH = CNaOHVNaOH

CCH3COOH =CNaOHVNaOHVCH3COOH

Pour diluer 10 fois notre echantillon de vinaigre, nous avons preleve 10 ml de vinaigre pur,auquel nous avons ajoute de leau distillee jusqua` former une solution de 100 ml. De cettesolution, nous avons preleve les 10 ml a` titrer.

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Nous avons obtenu la relation suivante entre la concentration reelle, Creelle (i.e. la concen-tration en acide du vinaigre pur), et la concentration en acide du vinaigre apre`s dilution,CCH3COOH :

CreelleVinitial = ninitial et CCH3COOH =ninitialVfinal

,

avec ninitial le nombre de moles dacide dans le vinaigre.Dou` la relation voulue :

Creelle =CCH3COOHVfinal

Vinitial

En fin de compte, nous avons preleve 10 ml de la solution, ce qui donne :

CCH3COOH =CNaOHVNaOH

Vpreleve

Et pour finir :

Creelle =CNaOHVNaOHVfinal

VpreleveVinitial,

avec : Vinital = 10 0.02 ml, volume initial de vinaigre pur. Vfinal = 100 0.1 ml, volume de la solution de vinaigre dilue. Vpreleve = 10 0.02 ml, volume preleve de la solution de vinaigre dilue. CNaOH = 0.099 0.003 ml, concentration de la solution basique titrante obtenue a` partirdu premier titrage.

On obtient finalement : Creelle = 0.76 0.05 mol/l.

Comme precedemment, pour calculer lerreur absolue commise, nous avons utilise la methodedes erreurs propagees.

Comparons cette valeur experimentale a` celle annoncee sur letiquette du vinaigre : 45 g/l.Dapre`s le TPE, la masse molaire de lacide acetique est : MCH3COOH = 60.06 g/mol.Dou` :

Creelle,theorique =45

60.06' 0.75mol/l.

Ainsi, notre resultat experimental est satisfaisant, car cette valeur theorique se trouve dansla marge derreur.

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3.3 Solution tampon

On a titre un acide faible a` laide dune base forte. La theorie nous dit quau point de demi-equivalence, [A] = [AH] et que le pH est egal au pKa du couple acide/base.Du pKa, on tire le Ka de la reaction. Or,

Ka =[A][H+][AH]

,

ce qui donne le rapport :nAHnA

=[AH][A]

=[H+]Ka

=10pH

10pKa.

Le demi-volume equivalent est VNaOH2 = 3.86 0.1ml, ce qui donne, sur la courbe grossie`re,un pKa de 4.65.On veut obtenir un pH de 7 :

nAHnA

=107

104.65= 4.47.103.

Pour preparer la solution tampon de 100 ml a` 0.1 M dacetate, il nous faut :

nCH3COO =0.1[mol/l]

0.1[l]= 1 mol.

Or,nCH3COOHnCH3COO

= 4.47.103.

Si lacide acetique se dissout totalement, on aura a` preparer nCH3COOH = 4.47 . 103 mol.

Comme MCH3COOH = 60.06 g/mol, on prendra mCH3COOH = 4.47 . 103 . 60.06 = 0.27 g.

4 Remarques, commentaires et conclusion

4.1 Raison de la dilution du vinaigre avant le titrage

La concentration en acide du vinaigre pur, Creelle, est denviron 0.75 mol/l (verifiee experimen-talement et theoriquement). Par consequent, on dilue la solution 10 fois pour obtenir 0.075 Mafin de ne pas avoir a` mettre trop de NaOH 0.1 M (puisque 0.075 M est plus proche de 0.1 Mque 0.75 M).

4.2 Remarque sur le pH au point dequivalence et le choix de lindicateur

Au premier titrage, lorsquon atteint lequivalence, on voit que le pH est proche de 7. Celasexplique par le fait que nous avons titre un acide fort avec un base forte. En effet, la liberationdes protons est forte et leur capture lest aussi. A lequilibre, il y a autant de protons H+ que debases pouvant les capturer. Ainsi, les espe`ces presentes en solution a` ce moment-la` sont : H2O,Na+ et Cl. On negligera, ici, les ions H+ et OH issus de lauto-protolyse de leau. Ainsi, lepH = 7, car il ny pas (ou que tre`s peu) de protons en solution.Cest pourquoi nous avons choisi le Bleu de bromothymol, dont la zone de virage se situe entre6.0 et 7.6.

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Par contre, au deuxie`me titrage, le pH a` lequivalence est superieur a` 7 (' 8,5). Cest normal,car on a titre un acide faible a` laide dune base forte. La base forte deprotone comple`tementlacide et lacide faible nest pas capable de protoner la base forte, ce qui implique que lequationde la reaction est deplacee vers la droite. Les ions OH ne reagissent pas tous : il en reste ensolution, donc le pH est superieur a` 7.Ainsi, nous avons choisi la phenolphtaleine, dont la zone de virage se situe entre 8.2 et 10.0.

4.3 Causes des incertitudes

Dans la partie Resultats, nous avons considere une incertitude pour chacune de nos mesuresexperimentales. Celles-ci sont dues aux raisons suivantes :

Mauvais calibrage initial de la burette ou du pH-me`tre. Erreurs dues a` la subjectivite de lobservateur : mauvais pipetages des volumes dacidechlorhydrique, de vinaigre ou deau de dilution ; mauvaises lectures des graduations.

Precision des appareils et de la verrerie : pH-me`tre, burette, ... Nettoyage et sechage imparfait de la verrerie. Phenome`ne de la dernie`re goutte au niveau de la burette, important surtout autour dupoint dequivalence, ou` une simple goutte peut faire la difference.

En outre, nous avons constate que lorsquon sapproche du point dequivalence, la valeurindiquee par le pH-me`tre change constamment. Ainsi, il etait difficile de savoir si la valeuraffichee correspondait reellement au pH de la solution.

4.4 Conclusion

Grace aux methodes utilisees dans ce TP, nous sommes a` present capables de titrer un acide(fort ou faible), den deduire sa concentration molaire dans une solution, et sil sagit dun acidefaible, de determiner sa constante dacidite (pKa).

Lausanne, le 31 mars 2007.

Raphael Braunschweig Stefan Binder

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