TP 8#: TITRAGES PARTIE A#: MONOACIDES …pcsi3.lycee-berthelot.fr/IMG/pdf/TP_8_-_Titrages_partie_A.pdf · TP#8#: #TITRAGES# PARTIEA#:# ... Objectif#:Vérifier# la# composition# de#

TP Chimie -‐ Lefèvre 2014-‐2015

1

TP 8 : TITRAGES PARTIE A : MONOACIDES, MONOBASES

Objectif : Vérifier la composition de produits courants par titrage. Mettre en œuvre différentes techniques pour repérer l’équivalence d’un 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.

NOM


2

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 » :

n!"!#!$%&(espèce titrée A)α

=n!"#$%&'!# 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).

5. Quelques informations sur les réactions acido-‐basiques

• On montrera dans le cours que la constante d’équilibre d’une réaction acido-‐basique entre une base B et un acide A est

K°=10pKa(B)-‐pKa(A) • Vous avez vu en Terminale la relation d’Henderson :

pour un couple Acide1/Base1 dont le pKa est pKa1 : pH=pKa1+log[Base1][Acide1]

MISE EN PRATIQUE 1. Titrage de Harpic

a. Objectif

Harpic power plus® est conçu pour éliminer 100% du tartre présent dans les WC. Ce détartrant contient de l’acide chlorhydrique. L’objectif de cette manipulation est de vérifier que la quantité d’acide chlorhydrique contenue dans le produit correspond à l’indication portée sur l’étiquette.

Indication de composition de l’étiquette : …………………………………………………….

On considérera que la densité du produit est la même que celle de l’eau.


3

b. Manipulation

Diluer 100 fois le détartrant puis procéder au titrage conductimétrique de 20 mL de la solution obtenue par une solution d’hydroxyde de sodium de concentration 5,0.10-‐2mol.L-‐1 (précision 1%). Ajouter environ 100 mL d’eau distillée au prélèvement. Le conductimètre sera piloté via le logiciel LatisPro.

Utilisation du logiciel LatisPro pour les titrages : -‐ La cellule conductimétrique étant branchée, ouvrir le logiciel. -‐ Procéder à l’étalonnage de l’appareil en suivant les indications données à l’écran. -‐ Mettre en place le dispositif de titrage (remplissage de la burette, installation des sondes dans le bécher, agitation…). -‐ Dans le menu « Acquisition », choisir l’acquisition « pas à pas ». Cocher « Titrage ». -‐ Démarrer l’acquisition grâce à la touche « F10 ». -‐ Pour chaque point, indiquer la valeur du volume de solution titrante versée, attendre la stabilisation des valeurs relevées et cliquer sur « Acquérir ».

Attention, lors de la dilution, verser l’eau distillée le long des parois de la fiole jaugée pour éviter la formation de mousse.

Quelques questions avant de démarrer : Que mesure un conductimètre ? Quel est le lien entre cette grandeur mesurée et la conductivité ?

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

Est-‐il nécessaire d’étalonner le conductimètre ?

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

c. Exploitation du titrage

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

Déterminer la composition du détartrant et comparer le résultat avec l’indication de l’étiquette. Pour déterminer l’incertitude sur le résultat obtenu, on pourra considérer que l’incertitude due à la dilution est nulle.

Données : • pKa des couples acido-‐basiques : pKa(H2O/ HO

-‐)=14 ; pKa(H3O+/H2O)=0

• M(HCl)=36g.mol-‐1


4

d. Commentaires sur l’allure de la courbe

En faisant un bilan des ions présents au cours du titrage, commenter l’allure de la courbe. On pourra faire un tableau de la forme suivante :

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

Voilà la courbe que l’on aurait obtenue sans l’ajout des 100 mL d’eau distillée avant le titrage. En déduire la raison de cet ajout.

Ions Evolution des concentrations

Pour V<Vequ … Pour V>Vequ …

Ions H3O+ HO-‐ Cl-‐ Na+

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


5

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).

Remarque : Démonstration On peut montrer, en utilisant la loi de Kohlrausch que la conductivité au cours du titrage s’écrit : Avant l’équivalence :

σ avant = λ°Na+ ×CtitVversé

Vbécher +Vversé+λ°

Cl−×

C0V0Vbécher +Vversé

+λ°H3O

+ ×C0V0 −CtitVverséVbécher +Vversé

= (λ°Cl−+λ°

H3O+ )×


+ (λ°Na+−λ°

H3O+ )×

CtitVverséVbécher +Vversé

Après l’équivalence :

σ après = λ°Na+ ×CtitVversé

Vbécher +Vversé+λ°

Cl−×


+λ°HO− ×

CtitVversé −C0V0Vbécher +Vversé

= (λ°Cl−−λ°

HO− )×C0V0

Vbécher +Vversé+ (λ°

Na++λ°

HO− )×CtitVversé

Vbécher +Vversé

On remarque que le tracé de la conductivité σ en fonction de Vversé sera constitué de portions d’hyperboles. Pour obtenir des droites, il faut soit : Ø avoir Vbécher>>Vversé, on a alors : Vbécher+Vversé≈Vbécher et les expressions deviennent :

σ avant = (λ°Cl− +λ°H3O+ )×C0V0Vbécher

+ (λ°Na+−λ°

H3O+ )×

Ctit

VbécherVversé

σ après = (λ°Cl− −λ°HO− )×C0V0Vbécher

+ (λ°Na++λ°

HO− )×Ctit

VbécherVversé

On a bien alors deux portions de droites.

Ø sinon, tracer la conductivité corrigée : σcorr= σ.(Vbécher+Vversé). Les expressions deviennent alors :

σ avant × (Vbécher +Vversé ) = (λ°Cl− +λ°H3O+ )×C0V0 + (λ°Na+ −λ°H3O+ )×CtitVversé

σ après × (Vbécher +Vversé ) = (λ°Cl− −λ°HO− )×C0V0 + (λ°Na+ +λ°HO− )×CtitVversé qui sont bien des équations de droites. e. Titrage pH-‐métrique

A l’aide du logiciel ChimGéné, simuler la courbe pH-‐métrique du titrage précédent.

A l’aide de la courbe, répondre aux questions suivantes : Commenter l’allure de la courbe. Quelle serait l’allure de la courbe du titrage d’une base forte par un acide fort ?

Que vaut le pH à l’équivalence ? Expliquer.

f. 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.

y = a + b x

y = a’ + b’ x


6

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.

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 du détartrant.

Incertitude liée à la méthode ? Si les deux couleurs sont bien différentes, et que l’indicateur est bien chois, on peut estimer l’incertitude sur la méthode de détection de Veq au volume d’une goutte : ΔVcolorimétrie=0,05mL.

2. Titrage du vinaigre

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

b. Manipulation

Diluer 20 fois le vinaigre puis procéder au titrage pH-‐métrique de 10 mL de la solution obtenue par une solution d’hydroxyde de sodium de concentration 5,0.10-‐2mol.L-‐1 (précision 1%).

Quelques questions avant de démarrer : Comment va-‐t-‐on repérer l’équivalence du titrage ?

Ion HO– Na+ CH3COO–

λ° (mS.m2.mol–1) 19,8 5,0 4,1


7

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. Pour déterminer l’incertitude sur le résultat obtenu, on pourra considérer que l’incertitude due à la dilution est nulle.


8

d. Commentaire sur l’allure de la courbe

Comparer l’allure de la courbe obtenue à celle du titrage pH-‐métrique du détartrant. 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 ? En déduire le pH à la demi-‐équivalence.

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

e. Titrage conductimétrique

A l’aide du logiciel ChimGéné, simuler la courbe pH-‐métrique du titrage précédent. Ajouter sur la courbe la conductivité et la conductivité corrigée.

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


9

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


10

BILAN TP 8 : 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

Documents

TP 8#: TITRAGES PARTIE A#: MONOACIDES …pcsi3.lycee-berthelot.fr/IMG/pdf/TP_8_-_Titrages_partie_A.pdf · TP#8#: #TITRAGES# PARTIEA#:# ... Objectif#:Vérifier# la# composition# de#