INTRODUCTION AU DOSAGE PAR TITRAGE DIRECT

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1 TPC1 SUIVI PH-METRIQUE ET CONDUCTIMETRIQUE D UNE REACTION ACIDO-BASIQUE INTRODUCTION AU DOSAGE PAR TITRAGE DIRECT CONTEXTE Le Destop est un déboucheur de canalisation à base d hydroxyde de sodium (Na + + HO - ). Pour déterminer la concentration de ce produit d entretien, une solution de Destop diluée 50 fois moins caustique a été préparée par les techniciennes. Il est possible de déterminer la valeur de la concentration de la solution diluée de Destop en ions HO - en faisant réagir un volume Vd connu (ici 20 ml) de solution diluée de Destop avec une solution d acide chlorhydrique (H3O + + Cl - ) de concentration molaire parfaitement connue en ions oxonium [H3O + ] = 1, mol/l, selon la réaction d équation : H 3 O + (aq) + HO (aq) 2 H 2 0 (l) et en suivant l évolution de la conductivité (ou du ph) du mélange réactionnel au cours de l ajout progressif de cette solution d acide chlorhydrique. PROBLEME A RESOUDRE COMMENT LE SUIVI DE LA CONDUCTIVITE OU DU PH D UNE SOLUTION AU COURS D UNE REACTION ACIDO-BASIQUE VA-T-IL PERMETTRE DE VERIFIER LA TENEUR EN HYDROXYDE DE SODIUM DU DESTOP? I. GILLIERON GENESTE TPC1 INTRODUCTION AUX DOSAGES PAR TITRAGE DIRECT Page 1

2 I MISE EN ŒUVRE DU SUIVI CONDUCTIMETRIQUE ET PH-METRIQUE DE LA REACTION ENTRE LES IONS HYDROXYDES HO- DU DESTOP ET LES IONS OXONIUM DE LA SOLUTION D ACIDE CHLORHYDRIQUE PROTOCOLE EXPERIMENTAL 20.0 ml de solution diluée de Destop ml d eau distillée Solution d acide chlorhydrique de concentration en ions oxonium [H 3 O + ] = 1, mol/l Montage expérimental Nettoyer la burette graduée avec de l eau, puis avec la solution d acide chlorhydrique Remplir la burette nettoyée avec une solution SA d acide chlorhydrique de concentration en ions oxonium [H 3 O + ] = 1, mol/l. Ajuster le zéro. Avec une pipette jaugée préalablement rincée et munie d un pipeteur, prélever un volume V 0 = 20,0 ml de solution de Destop diluée et l introduire dans un bécher de 250 ml. A l aide d une éprouvette graduée, prélever 130 ml d eau distillée que vous ajouterez au bécher précédent. Ajouter, en plus dans le bécher, quelques gouttes d'une espèce colorée, appelée indicateur coloré, le BBT (Bleu de Bromothymol) Placer le bécher ainsi préparé sur un agitateur magnétique. Mettre en route l agitateur. Plonger la cellule conductimétrique préalablement nettoyée dans le bécher et la fixer. Noter la valeur de la conductivité dans le tableau ci-dessous. Etalonner le ph-métre, à l'aide des solutions étalons ph = 4 et ph = 7 Plonger la cellule du ph-mètre, préalablement nettoyée dans le bécher et la fixer. Noter la valeur initiale du ph avant tout ajout de solution d'acide chlorhydrique. Ajouter la solution d acide chlorhydrique, ml par ml dans le bécher jusqu à 10 ml d'acide versé, puis de 0,5 ml en 0,5 ml jusqu'à 14 ml d'acide versé, et enfin à nouveau tous les ml jusqu' à 20 ml. A chaque ajout d'acide chlorhydrique, mesurer la conductivité et le ph de la solution du bécher. Noter les valeurs dans le tableau cidessous. V acide ph Couleur du BBT V acide , , , ,5 ph I. GILLIERON GENESTE TPC1 INTRODUCTION AUX DOSAGES PAR TITRAGE DIRECT Page 2

3 Couleur du BBT V acide ph Couleur Tracer, sur le même graphique, les courbes d évolution ph = f(v) et de = g(v). II - INTERPRETATION DES GRAPHIQUES OBTENUS Q1 - Décrire l allure générale des courbes obtenues Courbe d'évolution du ph :.. Courbe d'évolution de la conductivité :.. Le but de cette partie est désormais de comprendre l'évolution du ph et de la conductivité des courbes obtenues expérimentalement. Suite à l'ajout d'acide chlorhydrique (H 3 O + (aq) + Cl (aq)) dans la solution diluée de Destop (Na + (aq) + HO (aq)), le bécher est le siège d'une transformation chimique d'équation : H 3 O + (aq) + HO (aq) 2 H 2 0 (l) Pour comprendre, pas à pas, ce qui se passe dans le bécher et les effets de l'ajout d'acide chlorhydrique, nous modéliserons la situation expérimentale en représentant : les ions hydroxydes HO (aq) du Destop par des carrés, les ions sodium Na + du Destop par des ronds noirs. les ions oxonium H 3 O + (aq) de l'acide chlorhydrique par des triangles les ions chlorures Cl de cette même solution par des ronds blancs Les molécules d'eau formées par des étoiles I. GILLIERON GENESTE TPC1 INTRODUCTION AUX DOSAGES PAR TITRAGE DIRECT Page 3

4 ETAT INITIAL : Seuls sont présents dans le bécher les ions chlorures et les ions oxonium de l'acide chlorhydrique. La burette, quant à elle, contient des ions sodium et hydroxydes. Comme la solution initiale contenue dans le bécher est de la soude (Na + + HO ), le ph initiale de la solution est basique. Comme elle ne contient que des ions sodium et des ions hydroxydes, sa conductivité a pour expression : σ = [Na + ] λ Na + + [HO ] λ HO QUELQUES RAPPELS AVANT DE POURSUIVRE... Le bécher est le siège d une transformation chimique d équation H 3 O + (aq) + HO (aq) 2 H 2 0 (l) L'acidité d'une solution est liée à sa concentration en ions oxonium H 3 O + (aq) et est mesurée à l'aide d'une grandeur sans dimension, le ph, définie par la relation : ph = log ([H 3 O + ]) Plus la concentration en ions oxonium est élevée, plus le ph est faible et la solution acide Une solution de soude (Na + (aq) + HO (aq)) est une solution basique (ph > 7), en raison de la présence des ions hydroxydes HO, une solution d'acide chlorhydrique (H 3 O + (aq) + Cl (aq)) est acide (ph < 7 ) du fait de la présence d'ions H 3 O +, tandis que l'eau est une solution neutre (ph = 7) La conductivité d une solution est la somme des conductivités de chaque ion la constituant σ = ions λ(ion) [ion] Données Conductivités ioniques molaires de quelques ions Ion H 3 O + HO Na + Cl λ(ion) en ms.m².mol ETAT INTERMEDIAIRE 1 - QUELQUES MILLILITRES DE SOUDE SONT VERSES DANS LA SOLUTION DU BECHER Pour simplifier, considérons le cas où 1 d'ions hydroxydes H 3 O + et 1 d'ions chlorures sont ajoutés à la solution du bécher. I. GILLIERON GENESTE TPC1 INTRODUCTION AUX DOSAGES PAR TITRAGE DIRECT Page 4

5 Q2 - Connaissant l'équation de la réaction, dessiner le nouveau contenu de la burette et du bécher en justifiant votre réponse. REACTION : + 2 Q3 - Le ph de la solution contenu dans le bécher correspond-il à un ph acide, basique ou neutre? Justifier... Q4 - Comment évolue-t-il au fur et à mesure de l'ajout d'acide? Justifier votre réponse. Q5- A quelle partie de la courbe d'évolution du ph correspond la situation modélisée par cet état intermédiaire numéroté 1? Q6 - - Recenser les ions présents alors dans le bécher et donner l'expression de la conductivité de la solution obtenue dans le bécher. Q7- Comment évoluent les quantités de matière de chaque ion recensé dans le bécher de l'état intermédiaire 1. Justifier votre réponse. I. GILLIERON GENESTE TPC1 INTRODUCTION AUX DOSAGES PAR TITRAGE DIRECT Page 5

6 Q8 - Déduire des questions Q4 et Q5 l'évolution de la conductivité. Dans la mesure où les variations de volume sont négligeables du fait du volume d'eau distillée ajoutée, l'évolution des concentrations des espèces ioniques, suivent l'évolution des quantités de matière de ces mêmes espèces. Q9- A quelle partie de la courbe d'évolution de la conductivité correspond la situation modélisée par cet état intermédiaire numéroté 1? 2. ETAT INTERMEDIAIRE 2 - Considérons le cas où 1 supplémentaire d'ions hydroxydes H 3 O + et 1 supplémentaire d'ions chlorures sont ajoutés à la solution du bécher. Q10 - Connaissant l'équation de la réaction, dessiner le nouveau contenu de la burette et du bécher en justifiant votre réponse. REACTION : + 2 Q11 - Que remarquez-vous de particulier pour cet état intermédiaire? I. GILLIERON GENESTE TPC1 INTRODUCTION AUX DOSAGES PAR TITRAGE DIRECT Page 6

7 Cet état du système chimique contenu dans le bécher est appelé EQUIVALENCE DU DOSAGE. Q12 - Quel lien existe - t-il dans ce cas entre la quantité d'acide chlorhydrique versée n E (H 3 O + ) et la quantité de soude n i (HO ) initialement présent dans le bécher?.... Q13 - En déduire alors le lien entre le volume de solution d'acide chlorhydrique versé V E (H 3 O + ), appelé VOLUME EQUIVALENT, la concentration en ions oxonium [H 3 O + ] de la solution de la burette, le volume V prise d essai (HO ) de Destop dilué du bécher et sa concentration en ions hydroxydes [HO ] dilué.. Q14 - Le ph de la solution contenue dans le bécher pour cet état intermédiaire correspond-il à un ph acide, basique ou neutre? Justifier... REMARQUE IMPORTANTE - Cette valeur de ph est atteint ici uniquement parce que le produit synthétisé est de l'eau. Dans le cas général, elle peut prendre aussi bien des valeurs acides que basiques. Q15- A quelle partie de la courbe d'évolution du ph correspond la situation modélisée par cet état intermédiaire numéroté 2? Pour déterminer, à partir de la courbe d'évolution du ph, la valeur exacte du volume versé pour atteindre cet état particulier, appelé EQUIVALENCE, deux méthodes sont possibles. I. GILLIERON GENESTE TPC1 INTRODUCTION AUX DOSAGES PAR TITRAGE DIRECT Page 7

8 METHODE DES TANGENTES La méthode des tangentes (Animation du site theobromine.uchini.be) METHODE DE LA DERIVEE Q16 - A l'aide de la méthode des tangentes, déterminer la valeur de ce volume, appelé VOLUME EQUIVALENT. Q17 Déduire de cette valeur et de la question Q13, la concentration molaire de la solution diluée de Destop, puis de la solution de Destop. Q18 Considérons désormais la courbe d évolution de la conductivité. Que se passe-t-il lorsque le volume d acide versé est égal au volume équivalent? I. GILLIERON GENESTE TPC1 INTRODUCTION AUX DOSAGES PAR TITRAGE DIRECT Page 8

9 Q19 - En déduire une méthode permettant de retrouver la valeur du volume équivalent à l aide la courbe d évolution de la conductivité en fonction du volume d acide versé. Q20 - Que remarquez-vous de particulier, quant à la couleur de la solution alors obtenue quand le volume équivalent est atteint. En déduire une autre méthode, appelé méthode colorimétrique, qui permettrait de déterminer expérimentalement le volume équivalent. 3. ETAT INTERMEDIAIRE 3 - Encore quelques millilitres de soude versés dans la solution du bécher après l'état d'équivalence Pour simplifier, considérons le cas où 1 d'ions hydroxydes H 3 O + et 1 d'ions chlorures sont ajoutés à la solution du bécher. Q21 - Connaissant l'équation de la réaction, dessiner le nouveau contenu de la burette et du bécher en justifiant votre réponse. Q22 - Le ph de la solution contenu dans le bécher correspond-il à un ph acide, basique ou neutre? Justifier... I. GILLIERON GENESTE TPC1 INTRODUCTION AUX DOSAGES PAR TITRAGE DIRECT Page 9

10 Q23 - Comment évolue-t-il au fur et à mesure de l'ajout d'acide? Justifier votre réponse. Q24- A quelle partie de la courbe d'évolution du ph correspond la situation modélisée par cet état intermédiaire numéroté 3? Q26 - Recenser les ions présents alors dans le bécher et donner l'expression de la conductivité de la solution obtenue dans le bécher. Q27- Comment évoluent les quantités de matière de chaque ion recensé dans le bécher de l'état intermédiaire 3. Justifier votre réponse. Q28 En déduire l'évolution de la conductivité, en supposant que la variation de volume résultant de l ajout d acide est négligeable. Q29- A quelle partie de la courbe d'évolution de la conductivité correspond la situation modélisée par cet état intermédiaire numéroté 3? I. GILLIERON GENESTE TPC1 INTRODUCTION AUX DOSAGES PAR TITRAGE DIRECT Page 10

11 Conductivité (n ms/cm) ph COURBES EXPERIMENTALES OBTENUES ph = f(va) Volume d'acide chlorhydrique versé (en ml) = f(va) 3 2,5 2 1,5 1 0, Volume d'acide chlorhydrique versé (en ml) I. GILLIERON GENESTE TPC1 INTRODUCTION AUX DOSAGES PAR TITRAGE DIRECT Page 11

12 I. GILLIERON GENESTE TPC1 INTRODUCTION AUX DOSAGES PAR TITRAGE DIRECT Page 12

13 PROLONGEMENT FACTEURS INFLUANT SUR L ALLURE DE LA COURBE CONDUCTIMETRIQUE Le but de cette partie est de vous sensibiliser sur les facteurs influant sur la courbe conductimétrique, mais aussi sur l importance d ajouter de l eau distillée en grande quantité à la prise d essai. I INFLUENCE DE L EAU SUR LA COURBE DE TITRAGE Le graphe ci-dessous représente l allure de la courbe conductimétrique obtenue - Dans le cas où 200 ml d eau distillée ont été ajouté au 10 ml de solution diluée de solution de destop (courbe 1) - Dans le cas où aucun volume d eau distillée n a été ajoutée au 10 ml de solution diluée de solution de Destop Courbe 2 Courbe 1 Q1 - Que se passe-t-il si de l eau distillée n est pas ajoutée au 10 ml de solution diluée de Destop. Quel peut en être l inconvénient?.. Q2 - La dilution a-t-elle un effet sur le volume équivalent? Quelle grandeur modifie-t-elle?.. I. GILLIERON GENESTE TPC1 INTRODUCTION AUX DOSAGES PAR TITRAGE DIRECT Page 13

14 II INFLUENCE DES IONS PRESENTS EN SOLUTION AU COURS DE LA REACTION DE TITRAGE SUR L ALLURE DE LA COURBE DE DOSAGE La réaction support du titrage de cette activité était la réaction d autoprotolyse de l eau H 3 O + (aq) + HO (aq) 2 H 2 0 (l) L allure de la courbe conductimétrique est-elle toujours la même si l on change de réaction support de titrage? Considérons la situation suivante : Réaction support : Solution hydroxyde de sodium (Na + (aq) + HO - (aq)) CH 3 COOH (aq) + HO (aq) CH 3 COO (aq) + H 2 0 (l) Espèce dont on veut déterminer la concentration : acide éthanoique CH3COOH La courbe alors obtenue a l allure suivante 10.0 ml de solution d acide éthanoique CH3COOH ml d eau distillée Données : Conductivités ioniques molaires de quelques ions Ion HO Na + CH 3 COO λ(ion) en ms.m².mol En recensant les ions présents avant et après la rupture de pente et en vous aidant des données et de la réaction support du dosage, expliquer l évolution de la conductivité dans le cadre de ce dosage I. GILLIERON GENESTE TPC1 INTRODUCTION AUX DOSAGES PAR TITRAGE DIRECT Page 14

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