Lycée Joliot Curie à 7 CHIMIE - Chapitre XII Classe de Ter S Cours n 12 «Contrôle de qualité» Dosage ou titrage Les compétences à acquérir Connaître les dosages par étalonnage : spectrophotométrie (loi de Beer-Lambert) et conductimétrie (loi de Kohlrausch) Établir les caractères quantitatifs à l équivalence dans un titrage Repérer l'équivalence pour un titrage ph-métrique, conductimétrique et par utilisation d un indicateur de fin de réaction. Interpréter qualitativement un changement de pente dans un titrage conductimétrique EN TP Déterminer la concentration d une espèce chimique par titrage par le suivi d une grandeur physique et par la visualisation d un changement de couleur Réaliser un dosage ou un titrage, c est déterminer, avec la plus grande précision possible, la concentration d une espèce chimique en solution. Il existe plusieurs méthodes permettant de déterminer la concentration d une espèce chimique en solution. Nous étudierons les dosages par et les dosages par. I Qu est-ce qu un dosage par étalonnage? 1- Dosage par étalonnage : Un dosage par étalonnage consiste à déterminer d une espèce en solution en comparant une (propriété) caractéristique de la solution, à la même grandeur physique mesurée. La grandeur physique (propriété) mesurée peut être pour des solutions colorées ou pour des solutions comportant des ions. Démarche : - A partir d une solution mère, fabriquer différentes solutions filles de concentrations connues. - Mesurer la propriété pour chaque solution fille - Construire la courbe de la propriété en fonction des différentes concentrations connues : cette courbe est appelée courbe - Mesurer la propriété de la solution de concentration inconnue - Reporter cette valeur sur le graphe et en déduire sa concentration. 2- Dosage par spectrophotométrie (colorimétrie) : solution Loi de BEER-LAMBERT : l absorbance A d une espèce chimique en solution diluée est proportionnelle à la concentration molaire C de cette espèce : Avec l absorbance A ( ), la concentration C (en mol.l -1 ) et le coefficient k. Exemple : Dosage d une solution de diiode dont on mesure l absorbance A sol = 1,00 Graphiquement, on en déduit [I 2 ] sol = La courbe d étalonnage A =f([i 2 ]) a été obtenue en prenant des solutions de diiode de concentrations connues. Cours n 12 «Contrôle de qualité» Dosage ou titrage Page 1
3- Dosage avec un conductimètre : Solution comportant des la conductivité σ d une solution diluée pour une espèce ionique dissoute est proportionnelle à la concentration molaire apportée C en soluté. Avec σ en S.m -1, C en mol/l ici k en Exemple : Courbe d étalonnage σ = f (C) associée aux solutions étalons de chlorure de sodium. C est une droite passant par l origine. Une solution salée a une conductivité σ = 0,8 S. m -1 S : siémens Graphiquement, on en déduit C sol = Remarque sur la conductivité σ Dissolution de sel NaCl(s) dans l eau NaCl(s) -> + Loi de KOHLRAUSCH : σ = ] Avec, appelée conductivité molaire ionique, exprimée en ms.m 3.mol -1 et la conductivité en ms/m Exprimez la conductivité de la solution salée/ Comparez la concentration en Na+ et Cl-/ Que devient l expression de la conductivité? / Quelle est l unité de la concentration dans cette formule? Quelle est la valeur de C sol dans cette unité? II- Qu est-ce qu un dosage par titrage? Un dosage par titrage consiste à déterminer la concentration d une solution en utilisant 1- Réaction de support d un titrage : - La réaction doit être et C est le cas d une réaction acido/basique - La réaction doit être, et on doit pouvoir déterminer facilement l équivalence La solution à doser ou à titrer (concentration ) est introduite dans La solution titrante (concentration ) est introduite dans Le dosage par titrage peut être réalisé de différentes façons : ou ou 2- Définition de l équivalence : A l équivalence, les réactifs ont été introduits dans. Cours n 12 «Contrôle de qualité» Dosage ou titrage Page 2
Cela veut dire que pour une réaction de type 3 A + 5 B -> 2 C + 3 D - A l équivalence, dans le bécher, les réactifs ont entièrement réagi. Leurs quantités sont nulles à l équivalence. - A l équivalence, quelle est la relation entre la quantité versée du réactif titrant n versée X (de concentration C 1 ) et la quantité à doser de réactif titré contenue dans un volume V 0 (de concentration C 0 inconnu)? Équation de la réaction Etat Initial (mol) x = 3 A + 5 B -> 2 C + 3 D Etat Final (mol) A l équivalence x =x f Le volume de réactif titrant versé à la burette est appelé volume à l équivalence et noté Veq. Remarque : - Dans le cas des réactions acido basique les coefficients stoechiométriques sont égaux à - La solution à titrer est très souvent diluée, il faut donc multiplier par le cœfficient de dilution. Dilution d une solution S 0 à doser de concentration C 0 inconnue : On souhaite diluer cette solution 25 fois dans un volume Vsol =200 ml. Déterminer le volume à prélever dans la solution S 0 et la verrerie nécessaire. 3- Titrage colorimétrique : L équivalence est déterminée par le changement de couleur de l indicateur coloré introduit dans le milieu réactionnel; (On place une feuille blanche sous le bécher pour mieux voir le changement de couleur) : Dosage rapide Choix de l indicateur coloré: Un indicateur coloré convient pour repérer l équivalence d un titrage si sa zone de virage contient. Cours n 12 «Contrôle de qualité» Dosage ou titrage Page 3
4- Dosage par phmétrie : a- Le montage : - la burette est lavée avec de l eau distillée puis avec de la solution titrante. - Le zéro de la burette est fait en dépassant les graduations puis en versant dans le bécher poubelle pour faire le zéro précisément. - La solution à titrer est introduite dans le bécher avec l agitateur magnétique. - La cellule ph-métrique est introduite verticalement de façon à éviter de toucher l agitateur en mouvement modéré et de verser avec la burette sur cette cellule. - De façon à immerger totalement la cellule, il est possible d ajouter de l eau distillée : Cela ne modifie pas le dosage puisque la quantité à titrer / à doser ne change pas. Exemple : On dose une solution de d acide chlorhydrique (H 3 O + + Cl - ) avec une solution d hydroxyde de sodium (Na + + HO - ): Equation de support : La solution de d acide chlorhydrique se trouve dans La solution d hydroxyde de sodium se trouve dans b- Repérage de l équivalence : - Méthode des tangentes parallèles dph - Avec la courbe dérivée = f(v) dv Supposons que cette courbe soit le résultat du titrage de Va=10 ml d une solution d acide éthanoïque diluée 20 fois par de une solution d hydroxyde de sodium de concentration C b =1,0.10-2 mol/l. Ecrire l équation du dosage et déterminez la concentration de la solution d acide éthanoïque Evolution du ph : - Avant l'équivalence, le réactif titrant (HO - ) est le réactif n(ho - ) avant = mol/l dans le bécher puisqu'il est totalement consommé. Il y a de moins en moins d acide CH 3 COOH et le ph. - A l'équivalence, on observe un saut de ph correspondant au de réactif limitant. Les réactifs ont été introduits dans les. - Après l'équivalence, l'espèce titrante, c'est-à-dire la base, est versée en, il n'y a plus de transformation chimique, l'espèce acide titrée est alors limitante et le ph Remarque : le saut de ph doit être suffisamment pour permettre une bonne lecture de l équivalence. Cours n 12 «Contrôle de qualité» Dosage ou titrage Page 4
5- titrage conductimétrique Au cours d'un dosage direct conductimétrique, la courbe σ =f(v titrant ) présente 2 droites. Le point d'intersection de ces 2 droites est le point équivalent E (V E, σ E ). Un titrage conductimétrique est utilisé dans le cas où la concentration des espèces ioniques varient au cours du dosage. Exemple: on dose les ions chlorure présent dans le lait par les ions argent d'une solution de nitrate d'argent (Ag + (aq) + NO 3 (aq) ). On obtient une courbe σ =f(v titrant ) similaire à celle obtenue sur la figure précédente. L'équation de dosage: Expliquons la forme de la courbe. La conductivité de la solution est : σ = Avant l équivalence : Les ions chlorures sont en, leur concentration. La concentration en ions argent est.. La concentration en ions nitrate augmente. A chaque fois qu un ion chlorure réagit, un ion nitrate tombe dans le bécher. C est comme si un ion nitrate remplaçait un ion chlorure. ( 3 Comme les ions chlorure ont une meilleure conductivité molaire ionique ( Cl ) ( NO ), la conductivité On obtient une droite de pente.. A l équivalence : Après équivalence: Il n y a plus. La concentration en ion argent et nitrate. donc la conductivité. On obtient une droite de pente. Le point d'intersection de ces 2 droites Exemple : On dose une solution d hydroxyde de sodium par une solution d acide chlorhydrique. Quel type de courbe va-t-on obtenir? Justifiez Cours n 12 «Contrôle de qualité» Dosage ou titrage Page 5