Site Ts C 06 Titrages Acido-basiques
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TS
TITRAGES ACIDO-BASIQUES
C 06
Intro : le titrage est une méthode chimique permettant de déterminer une concentration inconnue.
1. Dosage par titrage 1.1. Conditions à respecter
Pour qu’une transformation puisse servir de support à un titrage : Elle doit être totale ; Elle doit être rapide ; Elle doit être univoque (les mêmes réactifs ne doivent pas donner des produits différents suivant les conditions expérimentales. 1.2. Principe du titrage
On fait réagir un volume connu de la solution contenant l’espèce chimique à doser (le réactif titré) avec une autre espèce chimique (le réactif titrant) d’une solution de concentration connue. Le point d’équivalence doit être facilement repérable. 1.3. L’équivalence
Lors d’un titrage, l’équivalence est définie par le changement de réactif limitant. A l’équivalence, les réactifs ont été introduits dans les proportions stœchiométriques et l’avancement de la réaction est noté . Le volume de réactif titrant versé à l’équivalence est noté . Soit A le réactif titré de concentration inconnue et B le réactif titrant. n(B) vers = C B VB et à l’équivalence VB = VE . n i (A) = CA VA tat avancement aA + bB = dD + eE E.I. x=0 n i (A) n(B) vers 0 0 E.C.T. x n i (A) − a x n(B) vers − b x dx ex E.F. xE n i (A) − a x E = 0 n(B) vers − b x E = 0 d xE e xE À l’équivalence, les réactifs sont dans les proportions stœchiométriques donc : n i (A) − a x E = 0 C V n (A) n(B) vers C V = Et donc x E = i soit A A = B q . a b a b n(B) vers − b x E = 0 1.4. Titrage direct et titrage indirect (spécifique spécialité)
Un titrage est direct si la réaction de titrage met en jeu l’espèce chimique à doser. Dans un premier temps, on fait réagir l’espèce chimique A à doser avec une espèce chimique B introduite en excès ; Dans un deuxième temps, on dose soit l’excès de B restant, soit l’un des produits formes au cours de la première transformation.
2. Les différentes méthodes de titrage 2.1. Titrage colorimétrique
La réaction du titrage se fait en présence d’un indicateur coloré acido-basique, le changement de couleur de l’indicateur se faisant à pH = pK A (Ind) . Il faut faire le bon choix d’indicateur coloré : Il faut que le pH à l’équivalence se situe dans une zone de virage de l’indicateur coloré. Dans ce cas l’indicateur change de couleur lors du passage à l’équivalence. L’indicateur choisi doit présenter une zone de virage telle que pKA – 1 < pHe < pKA + 1. 2.2. Titrage pH-métrique
On suit l’évolution du pH de la solution à l’aide d’un pH-mètre. La courbe pH = f (V) permet d’analyser l’évolution de la réaction. 2.3. Titrage conductimétrique P.PECORELLA
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On suit l’évolution de la conductivité de la solution à l’aide d’un conductimètre. La courbe σ = f (V) permet d’analyser l’évolution de la réaction. Cf. cours de 1ère S.
3. Équivalence acido-basique pour un titrage pH-métrique 3.1. Approche expérimentale
Expérience : titrage de l’acide éthanoïque par la soude Dosage avec suivi pH-métrique grâce une acquisition informatique sous Généris. −2 −1 −3 Acide : Ca = 9 × 10 mol.L et Va = 20 × 10 L . −1 −1 Soude : C b = 2, 0 ×10 mol.L dans une burette de 25 mL. Comparaison avec les résultats d’un logiciel de simulation : DosA
3.2. Méthodes de détermination du point équivalent
3.2.1. Méthode des tangentes parallèles On trace la courbe pH = f(V). On trace deux tangentes à la courbe, parallèles et placées de part et d’autre du saut de pH. On trace ensuite la droite parallèle et équidistante à ces deux tangentes. Cette droite coupe la courbe de titrage au point d’équivalence d’abscisse . 3.2.2. Méthode de la dérivée Le point équivalent correspond à la plus grande variation du pH. La dérivée de la fonction pH (V) présente donc un extremum (maximum ou minimum) au point équivalent.
4. Les différents cas Voir poly La solution titrante est une solution d’une espèce forte, c'est-à-dire un acide ou une base dont le pKA est inférieur à 0 pour les acides et supérieur à 14 pour les bases. Dans la pratique, les acides utilisés pours les dosages sont l’acide chlorhydrique et l’acide nitrique (l’acide sulfurique est un diacide, donc hors programme) et les bases sont la soude (hydroxyde de sodium) et la potasse (hydroxyde de potassium).
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4.1.1. Titrage d’un acide fort par une base forte Exemple : titrage de l’acide chlorhydrique par la soude.
Titra ge de 10m L de H3O+ 0.015mol.L-1 pa r OH- 0.01 m ol.L-1 12
[H3O+] [OH-] pH
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4.1.2. Titrage d’un acide faible par une base forte Exemple : titrage de l’acide éthanoïque par la soude.
Titra ge de 20m L d'a cide 0.13m ol.L-1 pa r OH- 0.2 m ol.L-1 ac ide ion ac tate pH
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4.1.3. Titrage d’une base forte par un acide fort Exemple : titrage de la soude par l’acide chlorhydrique.
Titra ge de 10m L de OH- 0.015m ol.L-1 pa r H3O+ 0.01 m ol.L-1 13 [OH-] [H3O+] pH
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4.1.4. Titrage d’une base faible par un acide fort Exemple : titrage de l’ion hydrogénocarbonate par l’acide chlorhydrique.
Titra ge de 20m L de ca rbonate 0.0065m ol.L-1 pa r H3O+ 0.01 m ol.L-1 10
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CO2, H20 carbonate pH
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5. Taux d’avancement final lors d’un titrage Dans le cas d’un titrage d’un acide par une base (respectivement d’une base par un acide), la valeur du pH du milieu réactionnel en cours de titrage permet de connaître la quantité de réactif titrant restant pour tout volume (ou ) versé inférieur au volume équivalent. Il est alors possible de calculer le taux d’avancement final de la réaction acido-basique du titrage. Pour les ions hydroxyde (dans le cas d’un dosage d’un acide) : Quantité introduite dans le milieu réactionnel : n b = Cb Vb Ke − = K e 10+pH = 10pH − pK e donc Quantité restant après chaque ajout : [HO(aq) ] = + [H 3O ] pH − pK e − +pH n ′b = [HO(aq) ].Vsolution = K e 10 .Vsolution = Vsolution .10 = (Va + Vb ) K e 10+pH Quantité ayant réagi : n r = n b − n ′b = xfinal car xfinal représente la quantité ayant réagi à l’état final. Quantité maximale pouvant réagir : xmax = n b − ′ = Le taux d’avancement de la réaction du titrage est donc τ = .
− + τ= = Application avec la courbe titrage acide faible par base forte : VA = 20 mL , C B = 0, 20 mol.L−1 et quand VB = 8, 0 mL , pH = 5 et on trouve τ = 0,99 . De même pour un titrage d’une base par un acide =
xfinal n a − n ′a Ca Va − 10− pH (Va +Vb ) = = . xmax na Ca Va
Le taux d’avancement de la réaction acido-basique après chaque addition de réactif titrant est quasiment égal à 1. La transformation acido-basique du titrage peut être considérée comme totale.
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Intro : le titrage est une méthode chimique permettant de déterminer une concentration inconnue.
1. Dosage par titrage 1.1. Conditions à respecter
Pour qu’une transformation puisse servir de support à un titrage : Elle doit être totale ; Elle doit être rapide ; Elle doit être univoque (les mêmes réactifs ne doivent pas donner des produits différents suivant les conditions expérimentales. 1.2. Principe du titrage
On fait réagir un volume connu de la solution contenant l’espèce chimique à doser (le réactif titré) avec une autre espèce chimique (le réactif titrant) d’une solution de concentration connue. Le point d’équivalence doit être facilement repérable. 1.3. L’équivalence
Lors d’un titrage, l’équivalence est définie par le changement de réactif limitant. A l’équivalence, les réactifs ont été introduits dans les proportions stœchiométriques et l’avancement de la réaction est noté . Le volume de réactif titrant versé à l’équivalence est noté . Soit A le réactif titré de concentration inconnue et B le réactif titrant. n(B) vers = C B VB et à l’équivalence VB = VE . n i (A) = CA VA tat avancement aA + bB = dD + eE E.I. x=0 n i (A) n(B) vers 0 0 E.C.T. x n i (A) − a x n(B) vers − b x dx ex E.F. xE n i (A) − a x E = 0 n(B) vers − b x E = 0 d xE e xE À l’équivalence, les réactifs sont dans les proportions stœchiométriques donc : n i (A) − a x E = 0 C V n (A) n(B) vers C V = Et donc x E = i soit A A = B q . a b a b n(B) vers − b x E = 0 1.4. Titrage direct et titrage indirect (spécifique spécialité)
Un titrage est direct si la réaction de titrage met en jeu l’espèce chimique à doser. Dans un premier temps, on fait réagir l’espèce chimique A à doser avec une espèce chimique B introduite en excès ; Dans un deuxième temps, on dose soit l’excès de B restant, soit l’un des produits formes au cours de la première transformation.
2. Les différentes méthodes de titrage 2.1. Titrage colorimétrique
La réaction du titrage se fait en présence d’un indicateur coloré acido-basique, le changement de couleur de l’indicateur se faisant à pH = pK A (Ind) . Il faut faire le bon choix d’indicateur coloré : Il faut que le pH à l’équivalence se situe dans une zone de virage de l’indicateur coloré. Dans ce cas l’indicateur change de couleur lors du passage à l’équivalence. L’indicateur choisi doit présenter une zone de virage telle que pKA – 1 < pHe < pKA + 1. 2.2. Titrage pH-métrique
On suit l’évolution du pH de la solution à l’aide d’un pH-mètre. La courbe pH = f (V) permet d’analyser l’évolution de la réaction. 2.3. Titrage conductimétrique P.PECORELLA
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On suit l’évolution de la conductivité de la solution à l’aide d’un conductimètre. La courbe σ = f (V) permet d’analyser l’évolution de la réaction. Cf. cours de 1ère S.
3. Équivalence acido-basique pour un titrage pH-métrique 3.1. Approche expérimentale
Expérience : titrage de l’acide éthanoïque par la soude Dosage avec suivi pH-métrique grâce une acquisition informatique sous Généris. −2 −1 −3 Acide : Ca = 9 × 10 mol.L et Va = 20 × 10 L . −1 −1 Soude : C b = 2, 0 ×10 mol.L dans une burette de 25 mL. Comparaison avec les résultats d’un logiciel de simulation : DosA
3.2. Méthodes de détermination du point équivalent
3.2.1. Méthode des tangentes parallèles On trace la courbe pH = f(V). On trace deux tangentes à la courbe, parallèles et placées de part et d’autre du saut de pH. On trace ensuite la droite parallèle et équidistante à ces deux tangentes. Cette droite coupe la courbe de titrage au point d’équivalence d’abscisse . 3.2.2. Méthode de la dérivée Le point équivalent correspond à la plus grande variation du pH. La dérivée de la fonction pH (V) présente donc un extremum (maximum ou minimum) au point équivalent.
4. Les différents cas Voir poly La solution titrante est une solution d’une espèce forte, c'est-à-dire un acide ou une base dont le pKA est inférieur à 0 pour les acides et supérieur à 14 pour les bases. Dans la pratique, les acides utilisés pours les dosages sont l’acide chlorhydrique et l’acide nitrique (l’acide sulfurique est un diacide, donc hors programme) et les bases sont la soude (hydroxyde de sodium) et la potasse (hydroxyde de potassium).
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4.1.1. Titrage d’un acide fort par une base forte Exemple : titrage de l’acide chlorhydrique par la soude.
Titra ge de 10m L de H3O+ 0.015mol.L-1 pa r OH- 0.01 m ol.L-1 12
[H3O+] [OH-] pH
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Titra ge de 20m L d'a cide 0.13m ol.L-1 pa r OH- 0.2 m ol.L-1 ac ide ion ac tate pH
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Titra ge de 20m L de ca rbonate 0.0065m ol.L-1 pa r H3O+ 0.01 m ol.L-1 10
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− + τ= = Application avec la courbe titrage acide faible par base forte : VA = 20 mL , C B = 0, 20 mol.L−1 et quand VB = 8, 0 mL , pH = 5 et on trouve τ = 0,99 . De même pour un titrage d’une base par un acide =
xfinal n a − n ′a Ca Va − 10− pH (Va +Vb ) = = . xmax na Ca Va
Le taux d’avancement de la réaction acido-basique après chaque addition de réactif titrant est quasiment égal à 1. La transformation acido-basique du titrage peut être considérée comme totale.
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