Marériel

Burette, bécher, pipette, pH-mètre

Solutions:

Acide éthanoïque et soude décimolaires

I/Définitions :

*Dosage : permet de déterminer la concentration molaire d'une espèce chimique A présente dans une solution .

*Titrage : le dosage par titrage de l'espèce A consiste à la faire réagir avec une espèce titrante B .La transformation chimique correspondante doit être rapide et totale .

*Equivalence : elle est atteinte lorsque les ractifs ont été mélangés dans les proportions stoechiométriques de l'équation de dosage (changement de réactif limitant) .

II/Titrage d'un acide AH réagissant de façon limitée avec l'eau :

a)La réaction de l'acide éthanoïque avec l'eau :

            Q1) Ecrire la réaction de l'acide éthanoïque avec l'eau . Cette réaction est-elle totale ou            limitée ?

            Q2)Recensez les espèces présentes dans une solution d'acide éthanoïque .

b)La solution de soude NaOH :

NaOH   --- eau ------>  Na⁺ + OH^-   dissolution totale (solution non saturée)

Dans une solution de soude , il n'y a pas de "molécule" NaOH

            Q3)Proposez une méthode qui permette de montrer que NaOH est entièrement dissocié dans l'eau (méthode pH-mètrique).

            Q4)Recensez les espèces présentes dans une solution d'hydroxyde de sodium .

c)Titrage de l'acide éthanoïque par la soude :

*bécher : 20 mL de solution décimolaire d'acide éthanoïque

*burette : solution de soude décimolaire .

            Q5)Décrivez le mode opératoire d'étalonnage du pH-mètre et étalonnez le pH-mètre.

* mode opératoire :

On ajoute V_B mL de solution de NaOH dans les 20 mL de solution d'acide chlorhydrique (+ phtaléine) .

Agiter , de façon à obtenir un mélange bien homogène.

Mesurer le pH

* Mesures

Vb (mL)	0	1	3	5	10	15	18	18,5	19	19,5	20	20,5	21	21,5	22	24	26	30
pH

            Q6)Complétez un tableau analogue à celui ci-dessus et tracer la courbe pH= f(V_b)

III/Exploitation

a)Réaction entre l'acide éthanoïque et la solution de soude :

Le pH de la solution d'acide éthanoïque décimolaire est égal à 3 :

            Q7)Vérifier que dans la solution d'acide éthanoïque [CH₃COOH] > [H₃O⁺]

La réaction de titrage est ici :

                                                   CH₃COOH  +  OH^-  ------->  CH₃COO^- + H₂O

            Q8)Vérifier que la réaction de dosage est quantitative, c'est à dire que la constante d'équilibre

             de cette réaction est supérieure à 10⁴

            Q9)Etablir qu'à l'équivalence , nous pouvons écrire :

            C_AV_A = C_bV_b,e  , où V_b,e est le volume de soude versé à l'équivalence .

b)Equivalence

A partir de la courbe de titrage , le point d'équivalence peut être déterminé en utilisant la méthode des tangentes : voir livre doc 8 page 470

            Q10)Déterminer les coordonnées du point d'équivalence sur la courbe pH=f(V_B) .

IV/Titrage colorimétrique :

a)Principe :

Il s'agit d'utiliser un indicateur coloré qui permette (sans pH-mètre) de déterminer V_b,e .

b)Dosage - utilisation des indicateurs colorés pour apprécier l'équivalence

L'utilisation du pH-mètre permet de suivre de manière précise l'évolution du pH lorsqu'on mélange une solution acide avec une solution basique .

Nous pouvons tirer parti de la courbe obtenue pour faire un choix judicieux de l'indicateur coloré à utiliser si l'on souhaite se contenter d'effectuer un dosage colorimétrique , donc sans pH-mètre.

L'utilisation d'un pH-mètre nous permet de déterminer V_b,e de façon relativement précise , ce qui est une nécessité si l'on veut déterminer C_a avec précision .

Qu'en est-il si au lieu d'utiliser un pH-mètre , on se contente d'utiliser un indicateur coloré ?

On utilise en lycée généralement trois indicateurs colorés : l'hélianthine , le bleu de bromothymol (ou BBT) et la phénolphtaléine . Un indicateur coloré est caractérisé par sa zone de virage qui est déterminée par les valeurs extrêmes du pH entre lesquelles l'indicateur coloré change de teinte .

Exemples d’indicateurs colorés :

Le schéma ci-contre permet de mettre en évidence le décalage entre le volume mesuré à partir du changement de teinte de l'indicateur (de l'ordre de grandur de V ) et le volume V_b,e à l'équivalence . Pour fixer les idées , nous admettrons que l'incertitude relative avec laquelle est déterminé le point d'équivalence en utilisant un indicateur dont la zone de virage est comprise entre pH₁ et pH₂ est de l'ordre de .

            Q11)Sur le graphe obtenu pH=f(V_b) à partir des mesures effectuées en TP , représenter les bandes       qui correspondent auxzones de virage des  trois indicateurs colorés cités .

            Q12)Donner un ordre de grandeur des incertitudes relatives correspondant à l'utilisation de chacun     des indicateurs colorés .Conclure.

Nous retiendrons que l'indicateur en général le mieux adapté est celui dont la zone de virage "contient " le point d'équivalence . Cette remarque n'exclut pas toutefois la possibilité d'utiliser un indicateur qui ne satisfasse pas à ce critère et qui permette malgré tout d'effectuer une mesure précise .

Correction :TP - Titrage acide faible / base forte

1)Réaction de l'acide éthanoïque avec l'eau :

CH₃COOH + H₂O =  CH₃COO^- + H₃O⁺ . Cette réaction est limitée

2)Espèces présentes dans une solution d'acide éthanoïque : CH₃COOH , CH₃COO^- , H₃O⁺ , OH^- et H₂O

3)La dissolution de NaOH étant totale , le nombre de moles de NaOH introduites (C_BV ) est égal au nombre de moles d'ions OH^- présentes dans la solution ([OH^-] V ) : C_B= [OH^-] , d'où [H₃O⁺] = K_e/[OH^-] = K_e/C_B , ce qui donne log[H₃O⁺]=log(K_e)-logC_B ou -pH = -pK_e -logC_B et en définitive pH=pK_e+logC_{B :} Pour une solution décimolaire de soude par exemple , nous obtenons :pH=14+log(10^-1)=13 .

Une mesure de pH permet par conséquent de vérifier que la dissolution de NaOH est totale .

4)Espèces présentes dans une solution de soude (hydroxyde de sodium):OH^- , H₃O⁺ , Na⁺ et H₂O

5)Il faut rincer l'électrode et étalonner le pH-mètre en utilisant les solutions tampons pH=4 et pH=10. En général , il faut également "régler" la température .

6)

Vb (mL)	0	1	3	5	10	15	18	18,5	19	19,5	20	20,5
pH	1,1	1,1	1,2	1,2	1,5	1,8	2,3	2,4	2,6	2,9	7	11

21	21,5	22	24	26	30
11,4	11,5	11,7	11,9	12,1	12,3

7)

Tableau d'avancement :

	CH3COOH          +                 H2O   =                  CH3COO- +             H3O+
EI	CA*V	excès	0	(0)
EF	CAV - Xf	excès	Xf	Xf

Avec X_f= [H₃O⁺] * V   et    C_AV - X_f = [CH₃COOH]*V

et donc C_AV -[H₃O⁺]*V = [CH₃COOH]*V ou  C_A - [H₃O⁺]=[CH₃COOH]

application numérique : [CH₃COOH] = 10^-1 - 10^-3  10^-1 mol/L

Il est clair que 10^-1 > 10^-3 et donc [CH₃COOH] > [H₃O⁺]  c.q.f.d.

8)Sachant que le pK_A du couple (CH₃COOH/CH₃COO^-) est pK_A=4,7

Nous avons aussi : >>10⁴

La réaction de titrage est donc bien totale .

9)D'après la définition de l'équivalence , nous pouvons écrire qu'à l'équivalence :

n_A,initial = n_{B, versé} ou C_AV_A = C_bV_b,eq

10)

La méthode des tangentes permet de déterminer E

Les coordonnées de E sont :V_b,E = 20 mL et pH_E = 8,8 .

11)Voir le graphe

12)Partant du principe que pour un dosage colorimétrique , l'équivalence est atteinte lorsque l'indicateur a changé de teinte , il apparaît que :

* avec l'hélianthine le volume qui serait mesuré à l'équivalence serait V_He= 9 mL . Nous commettrions alors une incertitude relative de

* le BBT et la phtaléine permettraient d'effectuer un titrage correct car pour ces deux indicateurs le volume mesuré à l'équivalence serait de 20 mL , ce qui est précisément l'abscisse de E. Remarquons que la zone de virage de la phtaléine "contient" bien le point d'équivalence .