TP 1SI#: TITRAGES#ACIDO BASIQUES PARTIE A#: …pcsi3.lycee-berthelot.fr/IMG/pdf/TP_SI_-_Titrages_partie_A.pdf · QUELQUES#RAPPELS#SUR#LES#TITRAGES# 1. Qu’est!ce!qu’un!titrage!?!

TP Chimie -‐ Lefèvre 2014-‐2015

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TP 1 SI : TITRAGES ACIDO-‐BASIQUES PARTIE A : MONOACIDES, MONOBASES

Objectif :

-‐ Vérifier ou déterminer la composition d’une solution par titrage. -‐ Mettre en œuvre différentes techniques pour repérer l’équivalence d’un titrage. -‐ Déterminer un pKA grâce à un courbe de titrage.

QUELQUES RAPPELS SUR LES TITRAGES 1. Qu’est ce qu’un titrage ?

En chimie analytique, le dosage est l'action qui consiste à déterminer la quantité d'une substance (l’analyte) présente dans un mélange. Il existe de nombreux domaines dans lesquels on cherche à connaitre la concentration d’une espèce :

• Pollution : dosage des métaux dans l’eau de mer… • Contrôle qualité alimentaire : dosage du fer dans le vin… • Santé : pH des piscines… • Pharmaceutique : teneur en principe actif d’un médicament… • Cosmétiques : colorants, adjuvants…

Le domaine auquel on va s’intéresser est celui des titrages. Un titrage est un mode particulier de dosage. Une réaction chimique est réalisée : une espèce titrante, de concentration connue, permet la détermination de la concentration inconnue de l’espèce titrée. On appelle réaction de titrage la réaction mise en jeu. L’espèce titrée est détruite : on dit qu’il s’agit d’un dosage destructif.

2. Quelles caractéristiques doit avoir une réaction de titrage ?

Une réaction de titrage doit être : -‐ Unique (spécifique du réactif à titrer) -‐ Totale -‐ Rapide -‐ Telle que l’équivalence soit détectable

Supposons qu’on réalise le titrage d’un volume VA d’une solution d’espèce A (espèce titrée) de concentration inconnue CA par une solution d’espèce B (espèce titrante) de concentration connue CB. Le bilan de la réaction de titrage est le suivant : αA + βB -‐> produits

L’équivalence correspond au moment où les réactifs titrant et titré ont été introduits dans les proportions stœchiométriques. On a alors :

n!"!#!$%&(espèce titrée A)α

=n!"#$%&'!# espèce titrante B

β

La relation à l’équivalence peut également s’écrire : !!"!#!$%&(!"#è%! !"!#é% !)!

= !!.!!!

ou encore !!.!!!

= !!.!!!

.

• VE est le volume de solution titrante introduit à l’équivalence appelé volume versé à l’équivalence ou volume équivalent. • VA est le volume de solution à titrer initialement placé dans le bécher. Le volume d’eau éventuellement ajouté ne doit pas

être pris en compte ! (Il ne modifie pas la quantité de matière de l’espèce titrée A). En repérant le volume versé à l’équivalence, on peut donc déterminer la quantité de matière d’espèce titrée, ou la concentration de la solution titrée. Remarque 1 : Si vous cherchez à déterminer la quantité de matière de l’espèce titrée dans la solution, inutile de convertir la

relation à l’équivalence en concentration ! Garder !!"!#!$%&(!"#è%! !"!#é% !)!

= !!.!!!

.

Remarque 2 : Avant l’équivalence, le réactif titré a été introduit en excès. Après l’équivalence, le réactif titrant a été introduit en excès.


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3. Rédaction Pour exploiter l’équivalence, il faut :

• Ecrire l’équation bilan de la réaction de titrage • Ecrire la phrase suivante :

« A l’équivalence les réactifs ont été introduits dans les proportions stœchiométriques » • Ecrire la relation à l’équivalence, avec les indices « introduit » et « initial » :

𝐧𝐢𝐧𝐢𝐭𝐢𝐚𝐥𝐞(𝐞𝐬𝐩è𝐜𝐞 𝐭𝐢𝐭𝐫é𝐞 𝐀)𝛂

=𝐧𝐢𝐧𝐭𝐫𝐨𝐝𝐮𝐢𝐭 𝐞𝐬𝐩è𝐜𝐞 𝐭𝐢𝐭𝐫𝐚𝐧𝐭𝐞 𝐁

𝛃

4. Aspect pratique : comment repérer l’équivalence ?

Dans un titrage, on doit repérer l’équivalence en visualisant le changement brusque d’un paramètre. Différentes techniques permettent de repérer l’équivalence. Nous aborderons cette année :

• La colorimétrie : les espèces présentes avant et après l’équivalence n’ont pas la même couleur : l’équivalence sera marqué par un changement de couleur.

L’espèce colorée peut être l’un des réactifs, titrant ou titré (à l’équivalence, la solution perdra la couleur du réactif titré pour prendre celle du réactif titrant) ou bien un indicateur coloré, espèce ajoutée en faible quantité dans le milieu et qui changera de couleur à l’équivalence (s’il est bien choisi).

• La conductimétrie : on mesure en continu la conductivité de la solution à l’aide d’un conductimètre (voir fiche conductimètre). Si des ions apparaissent ou disparaissent au cours du titrage, l’évolution de la conductivité au cours du titrage peut permettre de repérer l’équivalence.

• La pH-‐métrie : lorsque la réaction de titrage est acido-‐basique, les espèces qui fixent le pH de la solution changent au moment de l’équivalence : on a alors une modification brutale du pH. On peut donc repérer l’équivalence en mesurant le pH au cours du titrage à l’aide d’un pH-‐mètre (voir fiche pH-‐mètre).

• La potentiométrie : si la réaction de titrage est une réaction d’oxydoréduction, les espèces qui fixent le potentiel de la solution changent au moment de l’équivalence : on a alors une modification brutale du potentiel. On peut donc repérer l’équivalence en mesurant le potentiel au cours du titrage à l’aide d’un potentiomètre (voir fiche potentiomètre).

ETUDE DE TITRAGES 1. Simulation du titrage d’un acide fort par une base forte a. Tracé de la courbe

En utilisant un logiciel de simulation, on peut simuler le titrage de VA=10 mL d’une solution d’acide chlorhydrique de concentration CA = 0,10 mol.L-‐1 par une solution de soude de même concentration (CS=CA). On a superposé la courbe donnant le pH en fonction du volume versé, la conductivité et la conductivité corrigée (conductivité*Vtotal bécher)

Conductivité corrigée

Conductivité


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Equation bilan de la réaction de titrage et sa constante d’équilibre :

b. Commentaire sur l’allure de la courbe pH-‐métrique Commenter l’allure de la courbe. Quelle serait l’allure de la courbe du titrage d’une base forte par un acide fort ?

Comment repère-‐t-‐on l’équivalence d’un tel titrage ?

Que vaut le pH à l’équivalence ? Expliquer.

c. Commentaire sur l’allure de la courbe conductimétrique

En complétant le tableau suivant, commenter l’allure de la courbe.

Données (25°C) : Conductivités molaires ioniques à dilution infinie, λ°, exprimées en mS.m2.mol–1 :

Quelle différence d’allure y’a-‐t-‐il entre la conductivité et la conductivité corrigée ? en quoi est-‐ce intéressant ?

Ions H3O+ HO-‐ Cl-‐ Na+

λ°(mS.cm-‐1.mol-‐1) 35,0 19,8 7,63 5,0

Ions Evolution des concentrations H3O

+ HO-‐ Cl-‐ Na+

Pour V<Vequ

Pour V>Vequ


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Choix et utilisation d’un indicateur coloré -‐ Le pH à l’équivalence doit être contenu dans la

zone de virage de l’indicateur coloré. -‐ Afin de ne pas fausser le titrage, l’indicateur doit

être introduit en très faible quantité par rapport au réactif à titrer, 2 ou 3 gouttes suffisent.

Généralisation : Pour obtenir des portions de droites en traçant la conductivité au cours du titrage, il faut que la dilution au cours du titrage soit négligeable (donc que Vburette<<Vbécher). Pour cela, on ajoutera un grand volume d’eau dans le bécher avant le titrage. Si le titrage a déjà été effectué et que ces conditions ne sont pas réalisées, il faudra tracer la conductivité corrigée : σ corr = σ x (Vversé + Vbécher) = f(Vversé).

d. Exploitation de l’équivalence

Ecrire la relation à l’équivalence du titrage et retrouver la concentration de l’acide chlorhydrique CA. e. Titrage colorimétrique

Définition : Un indicateur coloré acido-‐basique correspond à un couple acido-‐basique dont les deux formes acide HIn et basique In-‐ ont des couleurs différentes en solution. Ce sont des espèces très colorées (fort coefficient d’absorption) et une goutte suffit en général à colorer une solution.

Quand HIn est majoritaire (In-‐ négligeable), la solution prend la couleur de HIn, et quand In-‐ est majoritaire (HIn négligeable), la solution prend la couleur de In-‐. Lorsque les deux espèces ont des concentrations proche, la couleur est intermédiaire : on est dans la zone de virage. Il existe plusieurs indicateurs colorés, de zones de virages différentes.

Proposer un indicateur coloré pour le titrage d’un acide fort par une base forte.

2. Titrage d’un acide faible par une base forte a. Objectif

Le vinaigre est essentiellement constitué d’acide éthanoïque (ou acide acétique) CH3COOH. Sur chaque bouteille est indiqué le degré d’acidité du vinaigre testé. Le degré d’acidité d’un vinaigre est égal à la masse d’acide acétique présente dans 100 g de vinaigre. Par exemple, un vinaigre de 8° contient 8 g d’acide acétique pour 100 g de vinaigre. On souhaite vérifier que la quantité d’acide acétique contenue dans le vinaigre correspond à l’indication portée sur l’étiquette. Données (25°C) :

• Conductivités molaires ioniques à dilution infinie, λ°, exprimées en mS.m2.mol–1 :

• pKA(CH3COOH/CH3COO

-‐)=4,8 • M(CH3COOH)=60 g.mol-‐1 • dvinaigre=1

Ion HO– Na+ CH3COO–

λ° (mS.m2.mol–1) 19,8 5,0 4,1


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b. Manipulation Diluer 20 fois le vinaigre puis procéder au titrage pH-‐métrique et conductimétrique de 10 mL de la solution obtenue par une solution d’hydroxyde de sodium de concentration 5,0.10-‐2mol.L-‐1. On ajoutera 100 mL d’eau avant de démarrer le titrage. On réalisera les deux suivis simultanément. Quelques questions avant de démarrer : Conductimétrie pH-‐métrie

Comment va-‐t-‐on repérer l’équivalence du titrage ?

Est-‐il nécessaire de resserrer les points autour de l’équivalence ?

Que mesure un conductimètre ? Quel est le lien entre cette grandeur mesurée et la conductivité ?

Est-‐il nécessaire d’étalonner le conductimètre ?

A quoi sert l’ajout des 100 mL d’eau au départ ?

Comment va-‐t-‐on repérer l’équivalence du titrage ?

Est-‐il nécessaire de resserrer les points autour de l’équivalence ? Comment faire pour mettre cette consigne en pratique ?

c. Exploitation du titrage

Ecrire la réaction qui se produit lors du titrage et déterminer sa constante d’équilibre. Commenter.

Déterminer la composition du vinaigre et comparer le résultat avec l’indication de l’étiquette.


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d. Commentaire sur l’allure de la courbe conductimétrique En faisant un bilan des ions présents au cours du titrage, commenter l’allure de la courbe.

d. Commentaire sur l’allure de la courbe pH-‐métrique

Comparer l’allure de la courbe obtenue à celle du titrage pH-‐métrique de l’acide fort. Quelles différences observe-‐t-‐on ?

Quelle est la quantité restante d’acide éthanoïque pour Vversé=Veq/2, appelé « demi-‐équivalence du titrage » ? Quelle est alors la quantité d’ion éthanoate produite ? On pourra répondre à cette question en complétant le tableau d’avancement ci-‐dessous. En déduire le pH à la demi-‐équivalence.

CH3COOH + HO-‐ = CH3COO

-‐ + H2O Quantités introduites

mol

Quantités restant dans le bécher mol

Quel indicateur coloré aurait-‐on pu choisir pour suivre ce titrage par colorimétrie ?


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BILAN : Conductimétrie pH-‐métrie

Allure de la courbe

Titrage acide faible

Titrage acide fort

Titrage base faible Titrage base forte

Repérage de l’équivalence

Incertitude sur la méthode

Points d’attention lors de la mise en œuvre

Autre informations obtenues sur la courbe


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BILAN TP SI-‐1 : TITRAGES

Evaluation Oui A revoir

S’ap

prop

rier Sais-‐je identifier la réaction qui a lieu lors d’un titrage ?

Ai-‐je bien repéré l’allure des courbes obtenues dans les différents cas ?

Analyse

r

Sais-‐je déterminer un volume équivalent sur une courbe de titrage ? Sais-‐je déterminer une concentration à l’aide de la relation à l’équivalence ?

Sais-‐je choisir un indicateur coloré ?

Réalise

r

Sais-‐je mettre en œuvre un titrage conductimétrique ? Sais-‐je mettre en œuvre un titrage pH-‐métrique ? Sais-‐je réaliser une simulation sur chimgéné ?

Sais-‐je tracer et exploiter des courbes sur LatisPro ?

Valider Sais-‐je évaluer les sources d’incertitudes ?

Sais-‐je comparer un résultat expérimental à une étiquette ? Ai-‐je commenté les valeurs obtenues ?

Commun

iquer

Mon compte rendu est-‐il complet ? Mon compte rendu est-‐il clair ?

Mes notations sont-‐elles bien choisies ? Les résultats sont-‐ils présentés avec une unité ?

Est-‐ce que mon temps est bien géré ? (être efficace, rapide et autonome) Ma paillasse est-‐elle propre et les déchets bien gérés ?

Est-‐ce que j’ai été sécuritaire, pour les autres et pour moi ?

Bilan élève : Indiquer trois points importants que vous retiendrez de ce TP

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