TP C4 Titrages ph-métriques

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1 TP C4 Titrages -métriques I. Qu'est-ce qu'un titrage? rappels de 1èreS: à lire avant le TP Titrer une solution, c'est déterminer la concentration c A d'une espèce chimique A qu'elle contient. Pour cela, on utilise une réaction chimique entre l'espèce A et une autre espèce chimique B. La burette contient une solution contenant l'espèce B dont on connaît précisément la concentration notée c B. La burette permet de mesurer précisément le volume V B qui sera versé. Le bécher contient une certaine quantité de matière de l'espèce A notée n A. Cette quantité de matière est inconnue, mais le volume V A de solution est connu précisément Lorsqu'on verse quelques gouttes de solution B, l'espèce B réagit avec l'espèce A dans le bécher. L'espèce B versée réagira tant qu'il restera de l'espèce A dans le bécher. Pour pouvoir effectuer un titrage : - il faut que la réaction entre A et B soit la seule réaction qui ait lieu, - il faut que cette réaction soit rapide, - il faut que cette réaction soit totale. Lorsque l'espèce A aura totalement réagi avec l'espèce B versée, on dira qu'on a atteint l'équivalence. Cela signifie que l'on aura versé une quantité de matière n B respectant exactement les proportions stœchiométriques données par l'équation de la réaction entre A et B. Le titrage -métrique: Ce titrage est basé sur une réaction acido-basique entre le réactif titrant et le réactif titré. Pour déterminer l'équivalence, on peut utiliser deux méthodes: 1 Utilisation d'un indicateur coloré : Quelques gouttes d'indicateur coloré sont ajoutées dans le bécher contenant le réactif titré ; à l'équivalence il se produit un changement de couleur. 2 Mesures du : On mesure le du milieu réactionnel au fur et à mesure de l'ajout du réactif titrant, on trace alors la courbe donnant les variations du. À partir de cette courbe, on détermine l'équivalence. C'est cette méthode qui sera utilisée lors de ce TP.

2 à faire avant le TP II. Titrage d'une solution aqueuse d'acide chlorhydrique par une solution aqueuse de soude : 1) Écrire l'équation de la dissolution de la soude dans l eau. Cette transformation est totale, en déduire la formule chimique d'une solution aqueuse de soude. 2) Écrire l'équation de la réaction modélisant la transformation du chlorure d hydrogène aqueux avec l'eau. Cette transformation est totale, en déduire la formule chimique d'une solution aqueuse d'acide chlorhydrique. 3) Quelle est l'équation de la transformation entre la soude (réactif titrant) et la solution aqueuse d'acide chlorhydrique? (Cette transformation est totale et rapide) 4) On veut titrer la solution d acide chlorhydrique par la soude. Faire un schéma annoté du dispositif utilisé. Protocole expérimental: -Prélever V A = 20,0 ml de la solution d acide chlorhydrique. Les verser dans un becher, ajouter quelques gouttes de BBT. -Remplir la burette de solution de soude dont la concentration est c b = 0,10 mol.l 1. -Placer la sonde du -mètre dans la solution titrée. Si la sonde ne trempe pas complètement dans la solution, on peut ajouter un peu d eau distillée. -Mettre en route l'agitateur magnétique. -Mesurer les successifs du milieu réactionnel : pour V B = 0 ml puis entre chaque ajout d'un millilitre de soude et ce jusqu'à V B = 20,0 ml. Entrer ces mesures dans regressi, au fur et à mesure. Fichier> Nouveau > Clavier Indiquer les variables expérimentales : V b puis. Détermination de l'équivalence : -Obtenir le graphe = f(v b ). -Créer nouvelle grandeur la nommer D et choisir type de grandeur : dérivée d dv b -Obtenir le graphe = f(v b ) superposé avec le graphe dans le menu «coordonnées»). d = f(vb ) (choisir «échelle à droite» pour D dv b -À l'aide de l'outil réticule, repérer pour quelle valeur de V B la dérivée est maximale. On obtient alors une première valeur du volume équivalent V Béquiv. - À l aide de l outil «Tangente», méthode des tangentes (avec clic), cliquer sur un point de la courbe situé avant l équivalence, déterminer les coordonnées ( V Béquiv ;. équiv ) du point d équivalence E. 5) Comparer les valeurs du volume équivalent V Béquiv obtenues par les deux méthodes, en déduire une valeur de V Béquiv. 6) L'ajout d eau dans la solution d'acide chlorhydrique modifie-t-il la quantité de matière initiale n A d'ions oxonium? 7) En utilisant la valeur de V Béquiv, déterminer la concentration c A en soluté apporté de la solution d acide chlorhydrique? 8) Pourquoi a-t-on choisi le bleu de bromothymol pour repérer visuellement l'équivalence? Indicateur Couleur de HInd (aq) Zone de virage Couleur In (aq) Hélianthine rouge 3,1-4,4 jaune Bleu de bromothymol jaune 6,0-7,6 bleu Phénolphtaléine incolore 8,2-9,8 rose

3 III. Titrage -métrique d'un vinaigre : On désire déterminer le degré d'un vinaigre du commerce en effectuant un titrage suivi par -métrie. Le réactif titrant est une solution d'hydroxyde de sodium de concentration c b = 0,25 mol.l 1. Le vinaigre est une solution aqueuse d'acide acétique dont le nom, dans la nomenclature officielle, est acide éthanoïque. Cet acide réagit de façon limitée avec l'eau. Le degré d'un vinaigre est la masse, exprimée en gramme, d'acide acétique pur, contenue dans 100g de vinaigre. L'étiquette indique 8. On dispose d'une solution S préparée par dilution d'un facteur 10 du vinaigre du commerce. 1) Préciser toutes les espèces chimiques, ioniques ou moléculaires, présentes dans le vinaigre. Mesurer le de la solution diluée S. 2) À 25 C, le pk A du couple acide/base CH 3 COOH(aq) / CH 3 COO (aq) vaut 4,8. Quelle espèce chimique du couple CH 3 COOH (aq) /CH 3 COO (aq) prédomine dans la solution S? Justifier. 3) Écrire l équation chimique support du titrage. Réaliser le titrage avec un prélèvement de 25,0 ml de solution S. La burette sera soigneusement rincée avec de la solution titrante (ATTENTION: sa concentration a changé par rapport au 1 er titrage). Indiquer vos mesures dans le tableau suivant: V b 0 V b V b 4) Tracer la courbe = f(v b ) sur papier millimétré. 5) Déterminer les coordonnées du point d'équivalence E (V Béquiv ; équiv ) à l'aide de la méthode des tangentes (voir dossier TS): (livre doc.14 p119 ou - Tracer deux tangentes à la courbe de titrage, parallèles et situées de part et d'autre du saut de. - Tracer la droite parallèle à ces deux tangentes et située à égale distance des 2 tangentes. - Le point d'équivalence est le point d'intersection de la courbe de titrage avec cette droite. 6) En déduire la valeur de la concentration en acide éthanoïque de la solution S, puis en déduire celle du vinaigre commercial. 7) Calculer la masse d acide éthanoïque présente dans un volume V = 100 ml de vinaigre commercial, en déduire le degré du vinaigre commercial. Effectuer un calcul d'erreur relative. Données: densité du vinaigre commercial d = 1,0 Masses molaires atomiques (en g.mol 1 ) : M H = 1,0 ; M C = 12,0 ; M O = 16,0 8) Quel indicateur coloré aurait-on utilisé pour effectuer ce titrage par colorimétrie? Justifier.

4 TP C4 Titrages -métriques CORRECTION II. Suivi -métrique de la transformation entre l acide chlorhydrique et la soude : 1) Pour l'hydroxyde de sodium NaOH : NaOH(s) = Na + (aq) + HO (aq) Solution aqueuse d hydroxyde de sodium : Na + (aq) + HO (aq) 2) Pour le chlorure d'hydrogène HCl : HCl(aq) + H 2 O(l) = H 3 O + + Cl (aq) Solution aqueuse d acide chlorhydrique : H 3 O + + Cl (aq) 3) Réaction support du titrage : H 3 O + + HO (aq) = 2H 2 O (l) ne pas écrire les ions spectateurs Na + et Cl 4) burette contenant la soude à c B = 0,10 mol.l 1 becher contenant l'acide chlorhydrique V A = 20,0mL Agitateur magnétique Coordonnées du point d équivalence : (V Béquiv = 10,0 ml ; équiv = 7,2) mètre 5) La méthode de la dérivée d/dv donne correctement le volume équivalent si on a beaucoup de mesures du encadrant V Béquiv. Ce qui n est pas le cas ici. Cette méthode permet de dire que 9,5 < V Béquiv < 10 ml. La méthode des tangentes donne V Béquiv = 10,0 ml. Ce résultat est cohérent avec celui de la méthode des tangentes. On considère donc V Béquiv = 10,0 ml. 6) L'ajout d'eau distillée ne modifie pas la quantité d'ions H 3 O + initialement présente dans le becher, car la transformation entre HCl (aq) et H 2 O est totale et H 2 O est déjà en excès. Par ailleurs, le de l eau distillée étant proche de 7 alors [H 3 O + ] eau = 10 7 mol.l 1, l apport d ions oxonium par l eau distillée est négligeable face à la quantité déjà en solution. 7) À l'équivalence, les réactifs ont été introduits dans les proportions stœchiométriques. On a donc n HO - versée = n + H3 initialement présente dans les 20,0 ml O c B.V Béquiv Soit c B. V Béquiv = c A.V A donc c A = VA 0,10 10,0 c A = soit c A = 5, mol.l 1 20,0 Remarque: Pour trouver c A, certains élèves ont utilisé la mesure du de la solution aqueuse d'acide chlorhydrique avant l'ajout de la solution de soude. ( pour V B = 0 ml) : = log [H 3 O + ] donc [H 3 O + ] = 10 En considérant la transformation de l'acide chlorhydrique avec l'eau comme étant totale, on aura c A = [H 3 O + ] =10. On mesure = 1,4. Alors c A = 10 1,4 = 4, mol.l 1. En théorie, cette méthode est juste. Dans la pratique, une très faible erreur de mesure du entraîne une forte erreur sur la valeur de c A. La valeur obtenue par titrage est toujours plus proche de la réalité. 8) On aurait choisi le BBT, car c'est le seul indicateur coloré dont la zone de virage contient le à l'équivalence( équiv = 7,2).

5 III. Titrage -métrique d'un vinaigre : (maison voir exo 8 page 126) 1) Le vinaigre contient de l'eau, de l'acide éthanoïque CH 3 COOH (aq), des ions éthanoate CH 3 COO (aq), des ions oxonium, des ions hydroxyde (autoprotolyse de l'eau). 2) On mesure = 2,5 et on sait que pka = 4,8 pour le couple CH 3 COOH (aq) /CH 3 COO (aq). Donc < pk A, alors l'acide CH 3 COOH (aq) prédomine sur la base conjuguée CH 3 COO (aq)dans la solution. 3) CH 3 COOH(aq) + HO (aq) = CH 3 COO (aq) + H 2 O (l) 4) Cf courbe = f(vb) Titrage de 25,0 ml d'une solution de vinaigre diluée d'un facteur 10 par de la soude de concentration c b = 0,25 mol.l 1 5) La méthode des tangentes donne V équiv = 13,7 ml équiv = 8,6 Voir l animation : 6) À l'équivalence n HO versé = n acide éthanoïque initialement présent soit c b.v équiv = c S.V S où c S est la concentration du vinaigre dilué c b.véquiv c S = V s 0, 25 13,7 Application numérique : c S = on trouve c S = 0,137 mol.l -1 = 0,14 mol.l 1 25,0 Le vinaigre commercial est dix fois plus concentré donc c = 10.c S soit c = 1,37 = 1,4 mol.l 1 na 7) On note n A la quantité de matière d'acide éthanoïque, c = V soit c = ma M. V donc m A = c.m A.V m A = 1,37 60,0 0,100 = 8,22 g = 8,2 g calcul effectué avec c non arrondie Le degré d'un vinaigre est la masse, exprimée en gramme, d'acide acétique pur, contenue dans 100 g de vinaigre. ρvinaigre Cherchons le volume V vinaigre dont la masse est égale à 100 g : d vinaigre = ρ d = ρ vinaigre = 1,0 m V ainsi degré = m A degré = 8,2 solution vinaigre % d erreur relative = si ρ en g.cm 3 msolution soit V vinaigre = ρ vinaigre A eau V vinaigre = 100 1,0 = 1,0 102 cm 3 exp théo 8,2 8,0 = 100 = 2,5 % (à commenter si > 10%) théo 8,0 8) Le à l équivalence est de 8,6. La phénolphtaléine est le seul indicateur coloré, parmi ceux proposés, dont la zone de virage contienne le à l'équivalence.

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