TP 7: Titrage de solutions commerciales - Correction Objectifs: le but de ce TP et de mettre en œuvre les méthodes de détermination du point équivalent d'un dosage vues précédemment. Ainsi on pourra remonter aux concentrations des solutions misent en vente sur le marché. Rappels de sécurité: le port de la blouse correctement attachée est obligatoire au laboratoire de chimie. le port de lunettes de protection et de gants est indispensable pour la manipulation d'acides et de bases. I ) Dosage acido-basique du DSTOP Un déboucheur de canalisations (DSTOP) est une solution concentrée d hydroxyde de sodium Na + +HO - L étiquette porte l indication de son titre massique en pourcentage, c est à dire la masse d hydroxyde de sodium contenue dans 100 g de produit. Le DSTOP utilisé aujourd'hui est une solution à 10 % Masse volumique: ρ = 1200 g.l -1 Ce produit commercial étant trop concentré, il est nécessaire de le diluer. a ) Dilution de la solution commerciale On souhaite faire une dilution afin d'obtenir 250,0 ml d une solution S' à titrer qui soit 25 fois moins concentrée que S. 1 ) Écrire rapidement le protocole avec le matériel nécessaire permettant de faire cette dilution. Nous avons la conservation de la matière et donc C f V f =C m V m, ce qui s'écrit aussi C m C f = V f V m =25. Donc le volume de la solution mère à prélever est V m = V f 25 = 250,0 =10,0 ml. Nous versons un peu de solution mère dans 25 un bécher de 50 ml, nous prélevons 10,0 ml de solution mère avec une pipette jaugée, on introduit ce volume dans une fiole jaugée de 250,0 ml, on la complète au ¾ avec de l'eau distillée, on agite puis on complète jusqu'au trait de jauge. Pour ne pas perdre de temps, cette dilution a déjà été préalablement réalisée, passer à la suite. b ) Dosage ph-métrique Remplir la burette graduée avec la solution d'acide chlorhydrique de concentration c A = 0,10 mol.l -1. Avec une pipette jaugée, prélever 10,0 ml de la solution S' et les verser dans un bêcher de 100 ml. Étalonner le ph-mètre et immerger la sonde dans le précèdent bêcher. Rajouter de l'eau distillée si nécessaire pour que la sonde soit bien immergée. Doser alors la solution S' en versant doucement l'acide dans le bêcher. Relever la valeur du ph pour chaque volume V versé. Attention prenez des valeurs de V assez petites pour avoir un saut de ph bien défini. On arrêtera le dosage lorsqu'on aura versé un volume de solution acide égale à 25 ml.
1 ) Tracer sur une feuille de papier millimétré l'évolution du ph en fonction du volume de l'acide versée. Voici ce que l'on obtient : ph 2 ) Utiliser la méthode des tangentes parallèles pour déterminer le volume versé à l'équivalence V. Voir courbe précédente. Le volume versé à l'équivalence est V = 19,3 ml Le ph à l'équivalence est ph = 6 3 ) Si on avait souhaité utiliser une méthode colorimétrique, quel critère faut-il retenir pour choisir l'indicateur colorée. Choisir alors un indicateur dans la liste ci-dessous. L'indicateur coloré doit avoir sa zone de virage qui encadre le ph à l'équivalence, ici on peut prendre le rouge de bromophénol ou le bleu de bromothymol Indicateur coloré couleur forme acide zone de virage couleur forme basique héliantine rouge 3,1 4,4 jaune vert de bromocrésol jaune 3,8 5,4 bleu rouge de bromophénol jaune 5,2 6,8 rouge bleu de bromothymol jaune 6,0 7,6 bleu phénophtaléine incolore 8,2 10,0 rouge violacée c ) xploitation Les couples en présence sont: H 3 O + (aq) / H 2 O (l) et H 2 O (l) / HO - (aq) 1 ) Écrire l'équation du titrage de la solution S'. Nous avons la réaction de H 3 O + avec les ions hydroxyde HO - : H 3 O + (aq) + HO - (aq) = H 2 O (l) 2 ) Calculer la constante d'équilibre K de cette réaction. La réaction est-elle totale? Donnée: K =[H 3 O + ][HO - ]=10 14 à 25 C. 1 Nous avons K= [H 3 O + ][HO - ] = 1 =10 14 K. Le constante d'équilibre étant très grande, la réaction est totale. V
(Tant mieux car c'est une réaction de dosage) 3 ) Définir l'équivalence et en déduire la concentration c S' de la solution S'. A l'équivalence ; les réactifs ont été introduit dans les proportions stœchiométriques de l'équation support du dosage : c S' est la concentration de Destop dilué 25 fois et V S' le volume prélevé (10 ml). On note c a la concentration de l'acide. Donc nous avons : c S' V S ' =c a V ce qui s'écrit aussi c S' = c V a = 0,10 19,3 =0,19mol.L 1 V S' 10,0 4 ) n déduire la concentration c S de la solution de DSTOP. Le destop a été dilué 25 fois donc sa concentration est c S =25 c S' =25 0,19=4,8 mol.l 1 5 ) Calculer le volume de 100 g de DSTOP. n déduire la masse d'hydroxyde sodium contenue dans ce volume. Donnée: M NaOH = 40,0 g.mol -1. Nous avons ρ= m V et donc V= m ρ = 100 1200 =0,0833 L. Nous avons n NaOH = c S V et donc nous avons m NaOH = c S V M NaOH = 4,8 0,0833 40,0 = 16 g 6 ) n déduire le titre massique du DSTOP. Cette valeur est elle conforme à celle indiquée par l'étiquette? D'après la définition du titre massique, la masse d'hydroxyde de sodium comprise dans le volume précédent donne la valeur du titre du Destop. Donc le Destop dosé ici a un titre de 16 %. L'étiquette affiche un titre de 10 %. Il y a un certain écart non négligeable. Cette différence s'explique par la présence d'ammoniac NH 3 dans le produit. Or l'ammoniac fait partie d'un couple acido basique et donc on le dose également, ainsi on verse plus d'acide carl'on dose la soude puis l'ammoniac. D ailleurs cela se voit sur la courbe, on décèle une anomalie. II ) Dosage acido-basique d'un vinaigre Un vinaigre est une solution d'acide éthanoïque (CH 3 COOH). L étiquette porte l indication de son degré (indiqué en pourcentage) c est à dire la masse d'acide éthanoïque contenue dans 100 g de vinaigre. Le vinaigre utilisé aujourd'hui est une solution à 8 (on lit aussi 8 %) Masse volumique: ρ = 1020 g.l -1 Ce produit commercial étant trop concentré, il est nécessaire de le diluer. La solution S de vinaigre commercial a été dilué par 20, ce qui donne la solution S'. a ) Dosage conductimétrique Remplir la burette graduée avec la solution de soude (Na + + OH - ) de concentration c B = 0,050 mol.l -1. Avec une pipette jaugée, prélever 10,0 ml de la solution S' et les verser dans un bêcher de 250 ml. Étalonner le conductimètre et immerger la sonde dans le précèdent bêcher. Rajouter 150 ml d'eau distillée si nécessaire pour que la sonde soit bien immergée. Doser alors la solution S' en versant doucement la soude dans le bêcher. Relever la valeur du conductivité σ pour chaque volume V versé. On arrêtera le dosage lorsqu'on aura versé 20 ml de solution de soude.
1 ) Tracer sur une feuille de papier millimétré l'évolution de σ en fonction du volume V de soude versée. Voici ce que l'on obtient : σ (ms.cm -1 ) σ 2 ) xpliquer comment obtenir le volume équivalent V. Donner alors sa valeur. Pour obtenir le volume à l'équivalence, on trace des portions de droite (voir graphique). L'intersection de ces droites se réalise au volume équivalent. c ) xploitation On a V = 16,8 ml Les couples en présence sont: CH 3 COOH (aq) / CH 3 COO - (aq) et H 2 O (l) / HO - (aq). 1 ) Écrire l'équation du titrage de la solution S'. On a la réaction d'un acide avec une base : CH 3 COOH (aq) + HO - (aq) = CH 3 COO - (aq) + H 2 O (l) 2 ) Calculer la constante d'équilibre K de cette réaction. La réaction est-elle totale? Donnée: K =[H 3 O + ][HO - ]=10 14 et pour le couple CH 3 COOH / CH 3 COO - K a = 1,6 10-5. [CH Nous avons K= 3 COO - ] [CH 3 COOH][HO - ] = K a = 1,6 10 5 =1,6 10 9. La constante d'équilibre étant très grande, la K 10 14 réaction est totale. 3 ) Définir l'équivalence et en déduire la concentration c S' de la solution S'. A l'équivalence ; les réactifs ont été introduit dans les proportions stœchiométriques de l'équation support du dosage : c S' est la concentration du vinaigre dilué 20 fois et V S' le volume prélevé (10 ml). On note c B la concentration de la soude. Donc nous avons : c S' V S ' =c B V ce qui s'écrit aussi c S' = c V B = 0,050 16,8 =0,084mol.L 1 V S' 10,0 4 ) n déduire la concentration c S de la solution de vinaigre commercial. V
Le vinaigre a été dilué 20 fois donc sa concentration est c S =20 c S' =20 0,084=1,7mol.l 1 5 ) Calculer le volume de 100 g de ce vinaigre. n déduire la masse d'acide éthanoïque contenue dans ce volume. Donnée: M CH3COOH = 60,0 g.mol -1. Nous avons ρ= m V et donc V= m ρ = 100 1020 =0,0980 L. Nous avons n NaOH = c S V et donc nous avons m NaOH = c S V M NaOH = 1,7 0,0980 60,0 = 10 g 6 ) n déduire le degré du vinaigre utilisé. Cette valeur est elle conforme à celle indiquée par l'étiquette? D'après la définition, la masse d'acide éthanoïque comprise dans le volume précédent donne la valeur du degré de ce vinaigre. Donc le vinaigre dosé ici a degré de de 10. L'étiquette affiche 8. L'erreur relative est valeur theorique valeur expérimentale = 8 10 =25 % valeur théorique 8