Titrage acido-basique

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1 Objectifs Suivre l évolution du ph au cours des réactions de titrage acido-basique entre les solutions aqueuses d acide fort, de base forte et celle d acide faible par une solution de base forte Relever les différents caractères qui peuvent différencier ces deux types de dosages Déterminer graphiquement les cordonnées du point d équivalence et du point de demi équivalence ainsi que le caractère acido-basique du mélange en chaque point

2 Titrage acido-basique I- Titrage d un acide Fort par une base forte 1. Expérience 2. Dispositif de dosage 3. Courbe de variation du ph au cours du dosage 4. Etude théorique a- équation de la réaction de dosage b- Tableau d avancement de la réaction de titrage II- Titrage d un acide faible par une base forte 1. Expérience 2. Courbe de variation du ph au cours du dosage 3. Etude théorique a- équation de la réaction de dosage b- Tableau d avancement de la réaction de dosage d un acide faible par une base forte III Solution tampon IV- Récapitulation

3 Titrage acido-basique I- Titrage d un acide Fort par une base forte On se propose de suivre l évolution du ph au cours d un dosage d une solution aqueuse d un acide fort pat une solution aqueuse de base forte 1-Experience On dispose - d une solution aqueuse S B de soude Na + + OH - de concentration molaire C B - D une solution aqueuse S A d acide chlorhydrique H 3 O + + Cl -, de concentration molaire C A - ph mètre préalablement étalonné - D un dispositif de dosage forme par o Une burette graduée o Un bécher propre o Un agitateur magnétique o Un turbulent magnétique (barreau aimanté) On prélève à l aide pipette graduée un volume V A = 20ml de la solution S A que l on verse dans un bêcher puis on introduit la sonde du ph mettre on ajoute ensuite un peu d eau distillée afin que la sonde soit bien immergée dans la solution puis on relève la valeur du ph du mélange pour chaque volume de base ajouté. On obtient la courbe suivante. 2- Dispositif de dosage

4 3- Courbe de variation du ph au cours du dosage

5 ph ph E 7 6 E : Point d équivalence (vbeq ) Vb (ml) Partie III- Partie II- Partie I-

6 La courbe se présente en trois parties - Dans la première partie o il ya une faible variation du ph du mélange quand on verse la solution titrante o Le ph initial peut nous renseigner sur la valeur de la concentration de l acide utilise si on n a pas ajouté de l eau dans le bécher qui va servir au dosage. - Dans deuxième partie o Il ya une variation brusque du ph de du mélange o La courbe présente un point d inflexion qui correspond au point E appelé point d équivalence que l on peut déterminer graphiquement par la méthode des tangentes o Au point d équivalence on peut écrire n (acide introduit ) = n(oh - ) verse à l équivalence ce qui se traduit par l égalité C A V A = C B V Beq C V v = phe = 7 A A BE o Les cordonnées du point d équivalence sont E CB - Dans la troisième partie o La courbe présente une faible variation de ph quand on verse la solution titrante o Le ph de la solution tend vers une limite ph=14 + logc B Choix d un indicateur coloré Pour le cas d un dosage volumétrique ou colorimétrique un indicateur coloré approprié nous permet de déterminer le volume de la solution titrant versé à l équivalence. En général l indicateur le plus approprie dans le cas du dosage est celui dont le ph a l équivalence est contenu dans sa zone de virage. Dans le cas du dosage d un acide fort par une base forte ou inversement, l indicateur le plus approprié est le bleu de bromothymol.

7 Les coordonnées du point d équivalence sont déterminées par la méthode des tangentes nous permet de trouver les valeurs suivantes : v = 20ml BE E ph E = 7 3- Etude théorique a- équation de la réaction de dosage La solution S A est siège de la réaction d équation bilan HCl(g)+ H 2 O flèche simple H 3 O + + Cl - La solution S B est siège de la réaction d équation bilan NaOH(sd) flèche simple OH - + Na + La réaction acido-basique qui se produit lors du dosage est celle qui fait intervenir les couples H 3 O + / H 2 O présents dans la solution S A et le couple H 2 O/ OH - présents dans la solution S B les ions Na + et Cl - sont des ions inertes appelés aussi ions spectateurs L équation bilan du dosage serait donc H 3 O + + OH - flèche simple 2H 2 O En appliquant la loi d action de masse pour déterminer la valeur de la constante d équilibre on trouve : A 25 C la constante K s écrit : K = = = = H 0 OH Ke Cette est très grande, K>>10 4 la réaction de dosage d un acide fort par une base forte est toujours une réaction totale et quantitative c'est-à-dire qu elle consomme la totalité des réactif introduits dans les proportions stœchiométriques b- Tableau d avancement de la réaction de titrage équation de la réaction H 3 O + + OH 2 H 2 O état du système avancement n(h 3 O + ) n(oh ) n(h 2 O) état initial 0 C A V A C B V B 0 état intermédiaire x C A V A x C B V B x 2 x état final x f C A V A x f C B V B x f 2 x f

8 D après le tableau d avancement : n(h 3 O + ) f = C A V A - x f. n(oh ) f = C B V B x f. A l équivalence n( d acide versé ) = n( de base ajoutée a l équivalence ) On alors C A V A = C B V Beq La concentration de solution d acide a doser est déterminée a partir de cette relation C A = C V B V A Beq Donc n(h 3 O + )intr= n(oh - )eq ceci se traduit par [H 3 O + ]=[ OH - ], comme les solution sont aqueuse et par conséquent elles sont sièges de l équilibre de l autoprotolyse de l eau on peut dire le ph de la solution à l équivalence est ph=ph E tel que ph E = - log([h 3 O + ]) et comme Ke= [H 3 O + ].[ H]=[H 3 O + ].[H 3 O + ]=[H 3 O + ] 2. [H 3 O ]= 10 = 10. Le ph du mélange à l équivalence sera ph E =-log(10-7 )=7, Ceci confirme le résultat expérimental II- Titrage d un acide faible par une base forte On se propose de suivre l évolution du ph au cours d un dosage d une solution aqueuse d un acide faible par une solution aqueuse de base forte 1. Expérience On dispose - d une solution aqueuse S B de soude Na + + OH - de concentration molaire C B - D une solution aqueuse S A d acide éthanoïque CH 3 COOH de concentration molaire C A - ph mètre préalablement étalonné

9 - D un dispositif de dosage formé par o Une burette graduée o Un bécher propre o Un agitateur magnétique o Un turbulent magnétique (barreau aimanté) On prélève à l aide pipette graduée un volume V A = 20ml de la solution S A que l on verse dans un bécher puis on introduit la sonde du ph mètre on ajoute ensuite un peu d eau distillée afin que la sonde soit bien immergée dans la solution puis on relève la valeur du ph du mélange pour chaque volume de base ajouté. On obtient la courbe suivante. 2. Courbe de variation du ph au cours du dosage La courbe de variation du ph au cours du temps se présente en 4 parties - 1ere Partie o La valeur de ph du mélange varie légèrement au début o La valeur initiale nous permet de connaitre si l acide est faible ou fort en comparant la valeur du phi et log(c A ) - 2 éme partie o De part et d autre et au voisinage du point I point de demi équivalence

10 le ph varie peu lors de l ajout de la solution basique o La courbe présente un point d inflexion (I), le point de demi équivalence o La valeur du ph I =pk A du couple (CH 3 COOH/CH 3 COO - ) - 3 eme partie o La courbe présente une variation brusque du ph pour un très faible ajout de base o La courbe présente un deuxième point d inflexion E( Point d équivalence ) de coordonnées E( Vbeq ;phe=8>7) - 4éme partie o La valeur de p varie faiblement au cours de l ajout de la solution de soude o La valeur de ph tend vers une limite ph lim = 14 + log (C B ) 3- Etude théorique a- équation de la réaction de dosage L équation bilan de a réaction qui se produit lors du dosage d e l acide faible (l acide éthanoïque ) avec la base forte (NaOH) met en jeu les couple acide base suivants (CH 3 COOH/CH 3 COO - ) ; (H 2 O/OH - ) L équation bilan s écrit alors K CH COOH+OH [ ] [ ][ ] OH CH3COOH OH- CH3COOH H3O I CH COO +H O CH3COO CH3COO H3O = = pka K A 10 K1 = = = 10 pke Ke 10 ph 4,75 pke pk K1 = = = 10 pke La constante d équilibre est largement supérieure à A 9,25

11 Cette réaction est bien une réaction totale ou quantitative Le milieu réactionnel est siège aussi de la réaction d autoprotolyse de l eau 2H O H O + OH K = Ke = En comparant les deux constantes d équilibre K 1 et K 2 on voit bien que les ions provenant de l autoprotolyse de l eau peuvent être négligés par rapport à ceux ramenés par la réaction de dosage b- Tableau d avancement de la réaction de dosage d un acide faible par une base forte Equation de la réaction CH 3 COOH + OH CH 3 COO + H 2 O état du système avancement n(ch 3 COOH) n(oh ) n(ch 3 COO ) n(h 2 O) état initial 0 C A V A C B V B 0 0 Etat intermédiaire x C A V A x C B V B x x x état final x f C A V A x f C B V B x f x f x f A l équivalence n(acide) introduit =n(oh - ) versé à l équivalence C A V A = C B V Beq Equation de la réaction responsable du milieu basique à l équivalence. Comme les CH 3 COOH ont totalement réagit avec les ions OH - le mélange est équivalent à celui contenant la base CH 3 COO - base faible dissoute dans un volume V M =V A +V CH COO + H O CH COOH + HO 3 2 En effet le ph d une solution ainsi obtenue est donné par la relation suivante 3

12 vue au cours ph d une solution aqueuse de base faible ph= 1/2(pK E +pk A +logc B ) = 1/2(pK E +pk A +log C A V A /(V A +V B ) A la demi équivalence n(acide) introduit = 2 n( OH-) versé à la demi équivalence C A V A =2 C B V BI x Max = C A V A /2 [CH 3 COOH ] = [ CH 3 COOH - ]= C A V A /2 D après l expression de K A + H3 0 CH3COO + K = = H 0 [ CH COOH] A 3 3 ph = pk A III- solution tampon Une solution a un caractère tampon quand son ph est peu sensible à un ajout modéré d une solution acide, basique, ou lors d une dilution. En effet le mélange a la demi équivalence a les propriétés d une solution tampon. Le pouvoir Tampon d une solution est maximum lorsque le mélange contient les deux formes acide et basique d un même couple en quantités égales, ce qui donne un ph à la solution égal au pk A du couple.ceci justifie la valeur du ph= pk A à la demi équivalence.

13 IV- RECAPITULATION Dosage d un acide fort par une base forte Equation bilan du dosage H 3 O + +OH - 2H 2 0 Courbe de dosage Dosage d une base forte par un acide fort Equation du dosage H 3 O + +OH - 2H 2 0 Courbe de dosage pheq =7 Dosage d un acide faible par une base forte - Equation bilan du dosage AH + OH - A - +H 2 O - Le ph a l équivalence ph E >7 - Le ph a la demi équivalence ph I =pk A du couple (AH/A - ) - Courbe de dosage pheq=7 Dosage d une base faible par un acide fort - Equation bilan du dosage B + H 3 O + BH + +H 2 O - Le ph a l équivalence ph E <7 - Le ph a la demi équivalence ph I =pk A du couple (BH + /B) - Courbe de dosage L indicateur le plus approprie à chaque type de dosage est celui qui contient dans sa zone de virage le ph à l équivalence

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