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Cours Chimie - Série ES: Titrage

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Fiche de révision Chimie: équilibres chimiques et évolution d’un système chimique ; Acidobasicité

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Ajouté le : 04 mars 2014
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Nº : 37003
Fiche Cours
CHIMIE
Série S
 Thème : équilibre chimique et Évolution d’un système chimique ; AcidobasicitÉ Fiche 3 : Titrage
Plan de la fiche
I - Définitions II - Méthodologie
I - Définitions
Opération qui consiste à déterminer la concentration d’une espèce chimique en solution à l’aide d’une transformation chimique.
Avant le titrage, les réactifs sont séparés en deux solutions. Dans l’une des deux se trouve l’espèce dont la concentration est inconnue, ils’agit de la solutiontitréeil s’agit de lal’autre se trouve un réactif dont la concentration est parfaitement connue,. Dans solution titrante. Lors du titrage, on ajoute progressivement l’une des solutions à l’autre. Pour cela, on place un volume parfaitement connu d’une des solutions dans un erlenmeyer ou bécher.L’autre solution est mise dans une burette graduée qui permet d’en ajouter un volume mesurable dans l’erlenmeyer ou le bécher. En outre,on dispose une agitation magnétique pour la solution de l’erlenmeyer ou du bécher afin qu’elle soit toujours homogène.
En général,la solution titrée est placée dans l’erlenmeyer ou le bécher et la solution titrante dans la burette,mais il y a des exceptions.
NotonsAle réactif titré,Ble réactif titrant et soita A + b B = C + DPour que lal’équation de la réaction support du titrage. transformation chimique puisse servir à déterminer la concentration du réactif titré, il faut que cette espèce soit totalement transformée par la réaction. Ceci est réalisable simplement si la réaction support du titrage est quasi-totale.En effet les réactions totales n’existent que très rarement, puisqu’engénéral un équilibre se met en place.Aussi joue-ton sur la position de l’équilibre et on choisit une réaction dont la position de l’équilibre est plus que favorable aux produitsCetD.
Il faut savoir vérifier qu’une réaction est quasi-totale à partir de données expérimentales(voir Méthodologie) Sous la condition de réaction quasi-totale,le réactif titré disparaît totalement dès que le réactif titrant est apporté dans le rapport des proportions stoechiométriques.
• Equivalence :état du titrage pour lequel les réactifs (titré et titrant) sont dans les proportions stoechiométriques. Le terme d’équivalence est spécifique aux titrages,il ne doit pas être employé dans une autre situation. Le volume versé à la burette qui amène à l’équivalence dans l’erlenmeyer ou le bécher est appelé volume équivalent. Pour réaliser effectivement le titrage, il est nécessaire que la réaction permette le repérage de l’équivalence. Il y plusieurs possibilité de repérage : - on parle de titrage conductimétrique lorsque c’est la mesure de la conductivité au cours du titrage qui permet le repérage, - on parle de titragepH-métrique lorsque c’est la mesure dupHau cours du titrage qui permet le repérage, - on parle de titrage colorimétrique lorsque c’est l’évolution de la couleur d’un indicateur coloré qui permet le repérage.
• TitragepH-métrique :considérons le titrage d’un acide d’un acideA(respectivement d’une baseB) du coupleA /Bpar (aq) (aq) – + l’ion hydroxydeHO(resp. parl’ion oxoniumH Ode la réaction est :). L’équation 3
– + A +HO =B +H O(resp. B+ H O= A+ H O) (aq) (aq)(aq) 2(l) (aq)3 (aq)(aq) 2(l)
Un volumeVde la solution d’acideAbase(resp. deB) est placé dans un bécher. La concentration de l’acide (resp. de la base) 0 + – est inconnue, on la note[A] (resp.[B]solution d’hydroxyde de sodium). La(Na +HO )de chlorure d’hydrogène (resp.0 0(aq) (aq)
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(H O+ Cl)est placée dans la burette graduée, sa concentration est notée[HO ](resp.[H O ]est parfaitement connue.), elle + –– + 3 (aq)(aq) 03 0 On dispose une électrode de verre dans le bécher pour mesurer lepHonen fonction du volume versé de solution de la burette, le noteV. Achaque ajout, on note dans un tableau les valeurs du volume verséVet dupH. OnreprésentepHen fonction deVet on obtient la fig.1.7 (resp.fig. 1.8) :
 Fig. 1.7
L’équivalence se situe dans la zone quasi-verticale appelé saut depH.
Fig. 1.8
A partir de cette courbe on dispose de deux méthodes pour déterminer l’équivalence,la méthode de la dérivée et la méthode des tangentes.
• Méthode de la dérivée :utilise la propriété qu’à l’équivalence la dérivée du ellepH parrapport au volumeV,
extrémale. Il suffit doncde tracer
On obtient la fig.1.9 (resp.fig. 1.10).
Fig. 1.9
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, est
en fonction deVet de superposer la courbe obtenue à celle depHen fonction deV.
Fig.1.10
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Mais pour tracer
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en fonction deVcalculé les valeurs de la dérivée.Si les valeurs de, il faut avoirpHen fonction deVont
été entrées dans un tableur grapheur d’ordinateur,il suffit de demander au logiciel de calculer la dérivée et de tracer les courbes superposées. Sinon, onprocède à la main avec l’approximation physique de la dérivée aussi employée en mécanique, Les mesures expérimentales constituent une suite de points.
n° du point1 2 3VV V V … 1 2 3 pHpH pH pH1 2 3
Pour le calcul deon procède comme pour le calcul d’une vitesse en mécanique : au point n°2est calculé avecles couples(V ; pH)aux point n°1 et n°3.il n’y a qu’au premier et dernier points que le calcul est impossible.C’est long, mais on peut limiter ces calculs aux points situés dans le saut depHc’est dans cette zone que se trouve puisque l’équivalence.
• Méthode des tangentes :elle est donnée sans explication,il faut juste savoir l’appliquer. On travaille directement sur la courbe pHen fonction deV: - tracer deux tangentes parallèles aux arrondis de la courbe, voir fig. 1. 11, - tracer une perpendiculaire commune aux deux tangentes,voir fig.1. 12, - tracer la médiatrice du segment perpendiculaire compris entre les deux tangentes,cette médiatrice coupe la courbe à l’équivalence, voir fig.1. 13.
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 Fig.1.11
 Fig.1.12
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 Fig.1.13
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• Titragecolorimétrique : unindicateur coloré acide base est un couple acide base(IndH/Ind ),pK, dont l’espèceacide A,I et l’espèce basique n’ont pas la même couleur. On introduit très peu d’indicateur coloré, donc c’est la solution contenue dans l’erlenmeyer qui impose lepHcouleur de la solution correspond à celle de l’espèce prédominante du couple. LaIndH/Indce que détermine lepHqui lui-même dépend du volume verséV.
Fig. 1.14
LorsquepHest voisin depKc’est la zone de virage. Pour qu’un indicateur coloré repèreles deux couleurs se mélangent, A,I l’équivalence, il faut quela zone de virage soit située dans le saut depH.
Voici trois indicateurs colorés typiques avec leur zone de virage : - l’hélianthine,pK =4,2 A
- le bleu de bromothymol= 7,1(BBT), pK
- la phénolphtaléine,9,7pK = A
 Fig.1.15
 Fig.1.16
 Fig.1.17
• Relation à l’équivalence :on considère le titrage d’une espèceBpar une espèceAselon l’équationa A + b B = C + D. L’espèce Aest placée dans la burette, sa concentration[A]est connue. L’espèceBest placée dans un erlenmeyer (titrage colorimétrique) 0 ou dans un bécher (titragepH-métrique), sa concentration[B]est inconnue et le volume de la solution titrée estV. 0 0
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D’après l’équation de la réaction,a moldeAréagissent avecb moldeBdonc par proportionnalitén moldeAavec réagissentA
moldeBproduit en croix !. C’est un
Or[A] ·Vn =etV[B] ·n =par conséquent A 00 B0 éq Finalement On peut aussi obtenir la relation à l’équivalence à l’aide du tableau d’avancement :on considère que l’état du titrage est l’équivalence.
Etat de transformation initial final à l’équivalence
a A n A n a·x Aéq
Par définition de l’équivalence,= 0n a· xet· xn b= 0. Aéq Béq
Par conséquent
Finalement
• Réaction support du titrage :la réaction support du titrage doit : - permettre le repérage de l’équivalence, - être la seule quasi totale dans le système, - être très rapide.
II - Méthodologie
b B n B n b·x Béq
avancement 0 x éq
• Savoir montrer que une réaction est totale à partir de la mesure dupH Soit le titrage d’un acideAdu coupleA /Bpar les ions hydroxydes : (aq) (aq) A +HO =B +H O. (aq) (aq)(aq) 2(l) Vest le volume de solution titrée ; la concentration de l’ion hydroxydes est[HO ]l’équivalence, si laréaction est totale,. Avant 0 0 tous les ions hydroxydes ont disparu. Dans cette hypothèse l’ion hydroxyde est le réactif limitant, il en est versé un volumeVet i – d’après l’équationnx == [HO ]0 · V. Enfait nous savons bien que ceci n’est qu’une approximation et la mesure dupHnous max HO permet de déterminer ce qu’il reste effectivement en ions hydroxyde :
f i D’autre partn= n– xd’où l’on déduitx, puisτ. HO HOf f – –2–1 Si on titreV =20 mLd’une solution d’acide éthanoïque par une solution d’hydroxyde de sodium avecmol·L= 1,6·10[HO ], on 0 0 trouve qu’après avoir verséV = 7 mLde solution d’hydroxyde de sodium,pH = 4,9.
x =1,6·10 ×7 = 1,1·10mmolet –2 –1 max
Un calcul analogue peut être mené après l’équivalence.
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et finalement