Déterminer une concentration par dosage

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1 Déterminer une concentration par dosage PLAN 1 Dosage par étalonnage A) Je connais le principe d un dosage par étalonnage Un dosage par étalonnage permet de déterminer la concentration d une espèce chimique en solution : Comme on ne peut pas compter les molécules à l oeil nu, on mesure une grandeur physique dépendant de la concentration (par exemple l absorbance) pour la solution à doser. Puis on compare sa valeur à celles mesurées pour des solutions étalons contenant la même espèce chimique de concentration connue. B) Je connais les grandeurs mesurables dépendant de la concentration, les mesurer et les calculer l absorbance pour des espèces colorées, mesurée à l aide d un spectrophotomètre loi de Beer-Lambert (relation entre absorbance et concentration) : A = avec A l absorbance sans unité i=n i i i=1 k C k le coefficient de proportionnalité de l espèce i en L.mol i C la concentration de l espèce i en mol.l la conductivité pour des espèces chargées, mesurée à l aide d un conductimètre loi de Kolrausch (relation entre conductivité et concentration) : σ = avec i σ la conductivité de la solution en S.m (Siemens par mètre) i=n i i i=1 λ C λ le conductivité molaire ionique en S.mol.m i -2

2 C la concentration de l espèce i en mol.m i -3 2 Dosage par titrage A) Je connais le principe d un dosage par titrage Le dosage par titrage permet de déterminer le nombre de moles d un échantillon d une espèce chimique en la faisant réagir totalement avec une quantité connue d une autre espèce chimique. Connaissant le volume de l échantillon à doser, on peut calculer la concentration de la solution. L espèce dont on cherche la quantité de matière est le réactif titré. L espèce ajoutée pour réaliser la transformation est le réactif titrant. B) Je sais établir l équation de la réaction support du titrage L équation de réaction support du titrage suit les lois de conservation des atomes et des charges : réaction acido-basique : échange de proton(s) réaction d oxydoréduction : échange d électron(s) réaction de précipitation ou de complexation : l équation est fournie par l énoncé C) Je connais la définition de l équivalence À l équivalence, les réactifs sont introduits dans les proportions stœchiométriques. relation entre les quantités de matière à l équivalence : pour aa bb cc dd, na nb a = b avec A et B le réactif titrant et le réactif titré C et D les produits de la réaction a, b, c et d les nombres stœchiométriques pour chaque espèce chimique n B la quantité de matière introduite initialement pour le réactif titré en mol

3 n A la quantité de matière introduite à l équivalence pour le réactif titrant en mol 3 Repérer l équivalence dans un dosage par titrage A) Je sais exploiter un titrage par suivi colorimétrique La réaction support de titrage met en jeu des espèces chimiques colorées : Soit le réactif titrant ou le réactif titré est coloré. Soit on ajoute un indicateur coloré permettant de mettre en évidence le réactif titrant ou le réactif titré. On repère l équivalence par un changement de couleur du milieu réactionnel. B) Je sais exploiter un titrage par suivi ph-métrique La réaction support de titrage met en jeu un acide et une base : C est alors une réaction acido-basique. Un proton H est échangé entre l acide et la base On mesure le ph du milieu réactionnel en fonction du volume ajouté de l espèce titrante. On repère l équivalence par un saut de ph. C) Je sais exploiter un titrage par suivi conductimétrique et interpréter l allure de la courbe La réaction de support de titrage met en jeu des espèces ioniques : on mesure la conductivité du milieu réactionnel en fonction du volume ajouté de l espèce titrante. On repère l équivalence par une rupture de pente.

4 Déterminer une concentration par dosage " EN PRATIQUE 1 Dosage par étalonnage JE SAIS Réaliser une dilution pour faire une gamme de solutions étalons Protocole TP Bac : dilution par Verse la solution mère dans un bécher. 2. Prélève la solution mère à l aide d une pipette jaugée de 10 ml (pipette verticale posée sur le bécher à 45 ). 3. Introduis le volume prélevé dans une fiole jaugée de 100 ml (pipette verticale posée sur le bord de la fiole à 45 ) Complète au avec de l eau distillée. Bouche et agite pour homogénéiser. 5. Complète jusqu au trait de jauge, le bas du ménisque doit être au niveau du trait. 6. Bouche et agite pour homogénéiser. Remarques : Pour une dilution par 10, on prélève une volume 10 fois plus petit que le volume de la fiole. Pour une dilution par 5, on prélève un volume 5 fois plus petit que le volume de la fiole, ici 20 ml. On ne prélève jamais une solution avec une pipette directement dans un flacon JE SAIS Réaliser une dissolution pour faire une solution mère

5 3 Protocole TP Bac : dissolution 1. Prélève une quantité connue de solide à l aide d une balance, préalablement tarée. 2. Introduis cette quantité dans une fiole jaugée à l aide d un entonnoir. 3. Rince l entonnoir et la coupelle de pesée avec de l eau distillée pour que tout le solide prélevé soit bien introduit dans la fiole. 4. Complète aux avec l eau distillée Bouche et agite jusqu à dissolution complète du solide. 6. Complète jusqu au trait de jauge, le bas du ménisque doit être au niveau du trait. 7. Bouche et agite pour homogénéiser. JE SAIS Exploiter une courbe d étalonnage Il faut toujours que tu indiques sur ta courbe la lecture que tu as faite. Par exemple, laisse les traits en pointillés qui t ont permis de lire la concentration. 2 Dosage par titrage JE SAIS Réaliser un montage pour un titrage

6 Généralement on place la solution titrée dans le bécher et la solution titrante dans la burette. Vérifie l absence de bulles d air dans la burette. Pour un dosage colorimétrique, n oublie pas d introduire, en faible quantité, l indicateur coloré si nécessaire et de déposer un morceau de papier blanc sous le bécher, pour bien apprécier le changement de couleur. Pour un dosage ph-métrique, introduis la sonde ph-métrique et un peu d eau distillée pour immerger la sonde. Pour un dosage conductimétrique, utilise un grand bécher, plonge la sonde conductimétrique et ajoute 100 à 200 ml pour négliger la dilution et obtenir ainsi des portions de droites. N oublie pas de réaliser, tout au long du titrage, une agitation continue et suffisante. JE SAIS Équilibrer une réaction chimique 2 Prenons le cas particulier de l équation d oxydoréduction. Ex. : réaction entre Fe et 4 MnO. Les couples d oxydoréduction mis en jeu sont : 3 2 Fe /Fe 2 MnO 4 /Mn

7 Équilibre les demi-équations : 1. les éléments autres que H et O 2. les O en ajoutant des H2O 3. les H en ajoutant des H 4. les charges en ajoutant des électrons e Ex. : pour le couple MnO 4 /Mn 1MnO = 1Mn 1MnO 4 = 1Mn 4H2O 1MnO 4 8H = 1Mn 4H2O 1MnO 4 8H 5e = 1Mn 4H2O 3 2 Ex. : pour le couple Fe /Fe 3 2 1Fe 1e = 1Fe Place les deux demi-équations l une sous l autre avec les réactifs à gauche : 2 Les réactifs sont Fe et MnO MnO 4 8H 5e = 1Mn 4H2O 2 3 1Fe = 1Fe 1e Multiplie les demi-équations par des nombres entiers pour que le nombre d électrons échangés soit identique : 2 4 1MnO 8H 5e = 1Mn 4H2O (1Fe = 1Fe 1e ) Somme les demi-équations et simplifie les électrons, l eau H O et les protons H : 2 2 1MnO 4 8H 5Fe 1Mn 4H2O 5Fe Remarque : si la réaction est totale, on utilise une flèche comme symbole si la réaction est équilibrée, on utilise une double flèche qui va dans les deux sens. 2 2 JE SAIS Retrouver la relation entre les quantités de matières à l équivalence

8 JE SAIS Déterminer la concentration à l aide de la relation à l équivalence Remarque : Sans l équation pour la réaction support du dosage, le calcul n a pas de sens et risque d être faux Attention aux nombres stoechiométriques V A est le volume prélevé de la solution à titrer grâce à la pipette V E est le volume ajouté de B à l équivalence, lu sur la burette 3 Repérer l équivalence dans un dosage par titrage JE SAIS Repérer l équivalence pour un titrage ph métrique

9 Méthode des tangentes : Trace D tangente à la courbe en un point quelconque de la courbe. Trace D tangente à la courbe et parallèle à D en un autre point situé de l autre coté de V E. Trace D parallèle à D, à égale distance de D et D Le volume équivalent est l abscisse du point d intersection entre D et la courbe. En TP : Pour bien immerger la sonde phmétrique, rajoute de l eau distillée. Cela ne change pas la valeur du volume équivalent, juste la valeur du ph. Autour du volume équivalent, mesure plus de points, pour un meilleur tracé. Méthode de la dérivée : Le volume équivalent est l abscisse d un extremum de la dérivée du ph par rapport au volume en fonction du volume. Remarque : à l équivalence, si on dose un acide par une base, on a une augmentation brusque de ph, et donc un maximum pour la dérivée ; si on dose une base par un acide, on a une diminution brusque de ph et donc un minimum pour la dérivée. 3 JE SAIS Repérer l équivalence pour un titrage conductimétrique

10 Trace la droite D et la droite D. 1 2 Le volume équivalent est l abscisse du point d intersection de ces deux droites. Remarque : les droites D et D ne passent 1 2 pas nécessairement par le volume équivalent. En TP : Pour pouvoir modéliser les deux portions de courbes par des droites, il faut pouvoir négliger la dilution. C est pourquoi il faut penser à rajouter ml d eau distillée dans le bécher. En revanche, il n est pas nécessaire de mesurer plus de points autour de l équivalence. JE SAIS Interpréter le changement de pente pour la courbe σ = f(v ) dans un titrage par suivi conductimétrique Pour comprendre l évolution de la conductivité dans un titrage par suivi conductimétrique, il faut faire l inventaire des ions présents à chaque instant du dosage, en tenant aussi compte des ions spectateurs (dont on connait les conductivités ioniques). Exemple : on dose les ions argent, contenus dans une solution de nitrate d argent, par les ions chlorure, contenus dans une solution de chlorure de sodium. La réaction support de dosage est : Ag Cl AgCl.

11 La conductivité est donnée par l expression : σ = λ C λ C λ C λ C Ag Ag NO3 NO3 Na Na Cl Cl 1. Avant l équivalence : les ions Ag sont progressivement consommés pour former AgCl et remplacés un à un par des ions spectateurs Na. Il y a toujours autant d ions en solution mais en regardant les tables de données, on constate que la conductivité des ions Na est moins bonne (λ < λ ), la conductivité diminue. Ainsi la pente de σ = f(v ) est négative. 2. À l équivalence : la conductivité de la solution est due à la seule présence des ions spectateurs en solution Na et 3 NO. Na Ag 3. Après l équivalence : les ions Cl et les ions Na sont petit à petit ajoutés au milieu réactionnel. Comme il n y a plus d ion Ag, Cl reste en solution et comme Na est spectateur, la concentration des deux ions augmente et la conductivité aussi. Ainsi la pente de σ = f(v ) est positive. Remarque : pour chaque dosage, la réaction support change, il faut alors refaire le raisonnement en analysant bien la présence de chaque ion et l évolution de sa concentration à chaque instant du dosage.

12 Déterminer une concentration par dosage FORMULES Loi de Beer-Lambert (relation entre absorbance et concentration) A l absorbance sans unité k i le coefficient de proportionnalité de l espèce i en L.mol C i la concentration de l espèce i en mol.l A = i=n k i Ci i=1 Loi de Kolrausch (relation entre conductivité et concentration) σ la conductivité de la solution en S.m λ i le conductivité molaire ionique en S.mol.m C i la concentration de l espèce i en mol.m -2-3 σ = i=n λ i Ci i=1 Relation entre les concentrations et les volumes pour une dilution (conservation de la matière) n la quantité de matière prélevée en mol C m è re la concentration de l espèce dans la solution mère en mol.l V mère le volume de solution mère prélevé en L n = C mè re V mè re = C fille V fille C fille la concentration de l espèce dans la solution fille en mol.l V fille le volume de solution fille à préparer en L

13 Relation entre les quantités de matière à l équivalence (réactifs en proportions stœchiométriques) A et B le réactif titrant et le réactif titré C et D les produits de la réaction a, b, c et d les nombres stœchiométriques pour chaque espèce chimique n B la quantité de matière introduite initialement pour le réactif titré en mol n A la quantité de matière introduite à l équivalence pour le réactif titrant en mol aa bb cc dd na nb a = b Relation entre la quantité de matière, la masse et la masse molaire n la quantité de matière de l échantillon en mol m la masse de l échantillon en g M la masse molaire en g.mol n = m M Relation entre la quantité de matière, le volume et la concentration n la quantité de matière de soluté dans la solution en mol V le volume de la solution en L C la concentration mol.l C = n V Relation entre la quantité de matière, le volume et la concentration massique m la masse de soluté dans la solution en mol V le volume de la solution en L C la concentration mol.l m m C m = V

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15 Déterminer une concentration par dosage DÉFINITIONS Concentration en soluté dissous C en mol.l Quantité de matière de soluté apporté par unité de volume de solution. Concentration molaire effective en B [B] en mol.l Quantité de matière de B présente par unité de volume de solution. La conductivité σ en S.m Mesure la capacité d une solution à faire passer le courant électrique, elle dépend de la concentration en ion et de la nature des ions. -2 La conductivité molaire ionique λ en S.mol.m Mesure la capacité d un ion à conduire le courant électrique. La quantité de matière n en mol Nombre de paquets contenant 6, entités. 23 Le ph sans unité C est une grandeur représentant la concentration en ion oxonium ph = log([h3o ]). Le volume équivalent V E en L

16 Le volume de solution titrante, pour lequel les réactifs titrant et titré sont introduits dans les proportions stœchiométriques. C est-à-dire que le réactif titrant et le réactif titré ont été entièrement consommés. L absorbance A sans unité Mesure la capacité d un milieu à atténuer l intensité de certaines radiations lumineuse qui le traversent.

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