Titrages acido-basiques

1. Qu'est-ce qu'un dosage ?

Un dosage a pour but de déterminer la concentration d’une espèce chimique A présente dans une solution. Exemple : on peut déterminer la quantité d’acide éthanoïque présent dans un vinaigre.

1.1. Qu’est-ce qu’un dosage par étalonnage ?

Lors d’un dosage par étalonnage, on mesure pour différentes solutions de l’espèce M de concentrations connues, une observable X ( pH, absorbance, conductance, ...) qui est directement liée à la concentration c de l’espèce M dans la solution.

On trace ensuite la courbe « observable X en fonction de [M] » C’est la courbe d’étalonnage.

On mesure enfin la valeur de l’observable Xo pour la solution à doser, de concentration inconnue co.

En reportant la valeur Xo sur la courbe d’étalonnage, on obtient la valeur de co.

1.2. Qu'est-ce qu'un dosage par titrage ?

Un dosage par titrage de l’espèce A consiste à la faire réagir avec une espèce titrante B jusqu’à ce que ces deux réactifs aient été apportés en proportions stœchiométriques: on a alors atteint l’équivalence.

Ainsi pour la réaction a A + b B → c C + d D on a à l’équivalence :

Les quantités de réactifs peuvent alors être considérées comme nulles. La transformation chimique associée à la réaction de titrage doit présenter un caractère physique, appelé observable, qui varie au cours du titrage et qui présente une particularité notable à l’équivalence.

Si on effectue le titrage d’une prise d’essai de volume VA d’une solution contenant l’espèce chimique A à la concentration inconnue CA , par une solution contenant l’espèce titrante B à la concentration CB connue, le volume de solution titrante ajouté à l’équivalence est VBeq .

Alors n(A) = CA.VA et n(B) = CB.VBeq vérifient à l’équivalence n(A) / a = n(B) / b Remarque : le fait de rajouter un peu d’eau dans la prise d’essai VA de la solution à titrer avant dosage ne modifie pas n(A) donc ne modifie pas non plus VBeq .

2. Réactions de titrage acido-basique :

2.1. Pour doser un acide faible AH présent dans une solution aqueuse, on utilise comme solution titrante une solution aqueuse d’une base forte, par exemple de NaHO (hydroxyde de sodium), dont la dissolution dans l’eau est totale : NaHO(s) → Na+

(aq) + HO−(aq)

Ainsi l’espèce basique présente dans la solution titrante est HO−(aq) tandis que Na+(aq) est un ion spectateur (dont le rôle est d’assurer la neutralité électrique de la solution).

L’équation de la réaction de titrage est : AH (aq) + HO−(aq) → A−

(aq) + H2O(l) et à l’équivalence pH > 7,0.

2.2. Pour doser un acide fort présent en solution aqueuse, par exemple l’acide chlorhydrique qui réagit totalement avec l’eau selon l’équation HCl(aq) + H2O(l) → Cl−(aq) + H3O+

(aq) on utilise également comme solution titrante une solution aqueuse d’une base forte.

L’espèce acide présente dans la solution à titrer est donc H3O+(aq) et à l’équivalence pH = 7,0.

L’équation de la réaction de titrage (considérée comme totale) est alors : H3O+(aq) + HO−

(aq) → 2 H2O(l)

Co

Observable

Xo

x

x

x

x

x

x

[M]

n(A)à doser n(B)ajouté a b

=

1

pHeq

VBeq

dpH/dVB

3. Protocole d’utilisation de la burette graduée de 25mL

� Placer la burette sur son support, au dessus d’un bécher « poubelle ».

� Rincer l’intérieur de la burette en utilisant un bécher contenant la solution à mettre dans la burette... il ne faut pas remplir toute la burette de solution (gaspillage !)… il suffit de laisser s’écouler la solution en déplaçant le bec verseur du bécher sur tout le pourtour intérieur du col de la burette.

� Fermer le robinet de la burette puis la remplir de solution bien au dessus du niveau 0.

4. Dosage par titrage d’un vinaigre :

Le but de l’épreuve est de déterminer le pourcentage en acide (ou degré) d’un vinaigre de vin et de le comparer à l’indication de l’étiquette ci-contre.

Extrait du décret n° 88-1207 du 30 décembre 1988 : Une différence de pourcentage en acide de 0,2 en moins sur la valeur affichée peut être admise. Il n’y a pas de contrainte indiquée sur la valeur supérieure.

Document 1 :

Le vinaigre peut être considéré comme une solution aqueuse d’acide éthanoïque.

Le pKa du couple CH3COOH/CH3COO– a pour valeur 4,8.

Masses molaires en g.mol–1 : C = 12 H = 1 O = 16

Le pourcentage en acide d’un vinaigre est la masse en gramme d’acide éthanoïque pur contenu dans 100g de vinaigre. La densité du vinaigre est voisine de 1.

Une solution d’acide éthanoïque peut être titrée à l’aide de la solution basique de NaOH de concentration CB = 5,00.10−2 mol.L−1 disponible sur la paillasse prof. mais il est préférable que la concentration molaire de la solution titrante soit du même ordre de grandeur ou un peu plus petite que celle de la solution titrée, afin que le volume VB ajouté à l’équivalence soit compris entre 10 et 20 mL.

Document 2 : Zone de virage de quelques indicateurs colorés. Celle-ci doit contenir le pH à l’équivalence lors d’un titrage.

Document 3 :

On peut déterminer à partir de la courbe pH = f(vB) le point d’équivalence en utilisant la méthode des tangentes :

� Tracer une tangente à la courbe en un point situé avant l’équivalence.

� Tracer une tangente à la courbe parallèle à la précédente mais en un point situé après l’équivalence.

� Tracer une parallèle à ces deux tangentes située à égale distance de chacune d’elles.

� Cette parallèle coupe la courbe pH = f(vB) au point d’équivalence E.

Remarque : Sur certains documents, on représente la courbe pH=f(VB) ainsi que sa dérivée dpH/dVB qui présente un pic prononcé à l’équivalence. La détermination de VBeq est alors plus précise.

Indicateur coloré Teinte acide Zone de virage Teinte basique

Hélianthine rouge 3,1 - 4,4 jaune

B.B.T. jaune 6 ,0 – 8,0 bleu

Phénolphtaléine incolore 8,0 - 10,0 rose

� Attendre que les bulles d’air remontent, puis laisser s’écouler la solution dans le bécher poubelle de façon à ajuster le niveau 0 : ceci permet aussi de remplir de solution la partie de la burette située sous le robinet.

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Travail à effectuer :

1. Peut-on doser directement le vinaigre du commerce?

Montrer que, si l’indication donnée sur l’étiquette est correcte, le vinaigre du commerce doit être dilué 20 fois avant dosage, pour un volume titré VA=10,0mL. …………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………… 2. Elaboration d’un protocole permettant d’obtenir 10,0mL de vinaigre dilué à l’aide du matériel disponible dans la salle de classe. (on précisera avec quelle solution il faut laver la verrerie utilisée) …………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………… 3. Mise en œuvre du protocole proposé. 4. Elaboration d’un protocole pour déterminer le pourcentage en acide du vinaigre fourni à partir du matériel et des produits mis à disposition. (Le raisonnement doit être explicité et le candidat doit faire un schéma annoté du dispositif expérimental utilisé). …………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………

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2

2

4

3

Annexe à rendre avec la copie :

VB en mL 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25

pH

couleur

5. Calcul du degrè du vinaigre dosé:

Déduire des mesures précédentes la concentration CA de la solution acide dosée, puis la concentration C0 du vinaigre utilisé et enfin son degré réel. Comparer avec la valeur portée sur l’étiquette. Calculer l'écart relatif et conclure. …………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………………

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