Les titrages acido-basiques

I. Qu'est-ce qu'un titrage / dosage ?

Le principe

 A l'aide d'une r�action compl�te o� l'on utilise une solution de concentration connue, on d�termine via des quantit�s st�chiom�triques, la concentration d'une solution inconnue de volume fix�.

Illustration : Titrage acide Fort / base Forte

Au d�part, nous avons n moles d'acide fort, soit n moles d'H3O+. Durant la r�action, les ions OH- r�agissent avec l'acide fort pour former sa base conjugu�e et de l'eau. Au point d'�quivalence, l'enti�ret� de l'acide est transform�e en sa base conjugu�e. A ce moment, le nombre de moles d'acide fort et de base forte sont identiques !  Au point d'�quivalence, n H3O+ =  n OH- Ce point d'�quivalence pourra �tre rep�r� � l'aide d'un indicateur qui changera de couleur ou par mesures de conductim�trie ou encore via l'analyse de l'�volution du pH.

C'est une technique qui permet de d�terminer la concentration d'une solution inconnue en la faisant r�agir avec une solution de concentration connue. Il s'agit en fait de d�terminer le volume de la substance connue qu'il a fallu ajouter pour neutraliser la solution inconnue dont le volume est fix�. De l� on peut calculer le nombre de moles consomm�es afin de neutraliser (consommer) totalement les moles de la solution inconnue .

 

II. Exp�rimentalement au laboratoire

	Objectifs Dosage pH-m�trique d�une solution inconnue par NaOH (0,1 mol.L-1) Dosage colorim�trique d�une solution inconnue par NaOH (0,1 mol.L-1) Comparaison entre les deux m�thodes de dosage d�une solution inconnue.
Mat�riel 2 statifs 1 berlin R�actifs : 1 noix de serrage 1 agitateur magn�tique 20 mL de solution S1 1 burette gradu�e 1 ph-m�tre NaOH (0,1 mol.L-1) 1 pipette gradu�e Ph�nol phtal�ine La ph�nol phtal�ine est une substance particuli�re, appel�e indicateur, qui est incolore en solution acide et rose indien en solution basique. Cette substance se colore pour un pH entre 8,2 et 10, cet �cart est appel� zone de virage.     Mode op�ratoire : A l�aide d�une pipette gradu�e, prendre 20mL de la solution S1 et les mettre dans un berlin, y rajouter 2 gouttes de ph�nol phtal�ine. Remplir ensuite la burette gradu�e avec une solution de NaOH (0,1mol.L-1) en v�rifiant que le robinet de celle-ci est bien ferm�. (Vider l�exc�s dans un r�cipient pour arriver � la graduation � 0 ï¿½). Mettre en route l�agitateur magn�tique et d�marrer le ph-m�tre en appuyant sur � On ï¿½ et puis sur � pH ï¿½. Plonger l��lectrode du ph-m�tre dans la solution et la fixer afin qu�elle trempe dans la solution � l�aide d�un statif et d�une noix de serrage. Prendre ensuite note du pH indiqu� par le pH-m�tre. Faire ensuite couler mL par mL le NaOH dans le berlin contenant la solution S1. Lorsque les variations de pH augmentent plus rapidement, r�duire les pas : ajouter le NaOH par 0,1 ou 0,2 mL. Noter � chaque ajout de NaOH les valeurs de pH obtenues. Lorsque que le pH n�augmente plus rapidement repasser � des pas plus grands, (par � mL puis par mL) jusque 20 mL. Lors de la constatation d�un changement de couleur arr�ter l��coulement du NaOH et noter le volume de NaOH �coul� pour cet instant pr�cis. Lorsque les 20 mL de NaOH sont pass�s, arr�ter le ph-m�tre, l�agitateur magn�tique. Vider les exc�s de NaOH dans un berlin et nettoyer le mat�riel.
R�sultats : mL (NaOH) pH 0 1,3 0,75 1,35 2,16 1,45 3,42 1,55 4,52 1,65 5,48 1,76 6,29 1,85 6,98 1,95 7,55 2,05 8,02 2,15 8,41 2,26 8,72 2,36 8,97 2,45 9,18 2,55 9,34 2,66 mL (NaOH) pH 9,48 2,75 9,58 2,85 9,67 2,95 9,74 3,05 9,79 3,15 9,83 3,25 9,91 3,5 9,93 3,6 9,96 3,85 9,98 4,1 9,99 4,35 10,00 7,6 10,01 8,6 10,02 9,85 10,04 10,1 10,07 10,35 10,12 10,6   mL (NaOH) pH 10,15 10,7 10,27 10,95 10,34 11,05 10,43 11,15 10,54 11,25 10,69 11,35 10,87 11,45 11,11 11,55 11,41 11,65 11,79 11,75 12,29 11,85 12,94 11,95 13,80 12,05 14,95 12,15 Changement de couleur observ� apr�s ajout de 10 mL de NaOH.   Graphique et d�termination du pH et du volume d'�quivalence
Comment d�terminer le volume et le pH d'�quivalence ? M�thode des tangentes Tracer  de part et d'autre du point d'�quivalence une tangente � la courbe (tangentes parall�les entre elles). Construire une perpendiculaire aux tangentes et en d�terminer le milieu. De ce point, construire la perpendiculaire qui est donc parall�le aux tangentes. Le prolongement de la droite donne le point d'�quivalence. Illustration graphique:

Cette m�thode demande donc que le graphique soit r�alis� avec tr�s grand soin !  Il s'agit de la m�thode utilisant un pH m�tre. Nous pouvons �galement utiliser l'indication donn�e par le changement de couleur de l'indicateur. L'indicateur a vir� au rose indien apr�s l'ajout de 10 mL de NaOH et le ph-m�tre indiquait 7,6. Les donn�es obtenues co�ncident. La m�thode de dosage par colorim�trie n�cessite toutefois le choix d'un bon indicateur.

Concentration de la solution inconnue : connaissant maintenant le volume d'�quivalence, nous pouvons d�terminer quelle �tait la concentration de la solution inconnue :

    M₁ . V₁ = M₂ . V₂

M2 = 0,05 mol.L-1

 

III. Choix d'un indicateur :

Pour qu'un indicateur soit consid�r� comme valable, il faut que sa zone de virage (= variation de pH sur laquelle il change de couleur) soit comprise dans la portion verticale du graphe.

III.1.Quelques indicateurs :

nom	pKa	couleur acide	couleur basique	zone de virage
Bleu de thymol (1)	1,7	rouge	jaune	1,2 - 2,8
M�thyljaune	3,3	rouge	jaune	2,9 - 4,0
M�thylorange	3,7	rouge	orange	3,2 - 4,4
M�thylrouge	5,2	rouge	jaune	4,8 - 6,0
Bleu de bromothymol	7,0	jaune	bleu	6,0 - 7,6
Bleu de thymol (2)	8,9	jaune	bleu	8,0 - 9,6
Ph�nolphtal�ine	9,6	incolore	rose indien	8,2 - 10,0

Le Bleu de thymol change deux  fois de couleur selon le pH, une premi�re fois entre 1,2 et 2,8 et une seconde fois pour un pH entre 8 et 9,6. Il existe d'autres indicateurs qui changent plusieurs fois de couleurs selon le pH du milieu

• D'autres indicateurs ? liste plus compl�te sur sciences amusantes.net

III.2. Le jus de chou rouge, un indicateur naturel

Structure de la cynanidine. Il s'agit d'une mol�cule organique compos�e de carbone, d'hydrog�ne et d'oxyg�ne. Elle contient un grand nombre de fonctions alcool.

Les v�g�taux renferment g�n�ralement des mol�cules (les pigments) qui sont responsables de la couleur souvent verte de ces plantes, mais pas uniquement ! C'est la cas du chou rouge qui contient entre autre une mol�cule bien sp�cifique: la cyanidine. Cette mol�cule (comme toutes celle de sa famille, les anthocyanines) fait partie de la famille des colorants naturels. D'autres plantes ou fruits contiennent �galement des anthocyanines et pourraient servir d'indicateurs comme les framboises, les cassis, groseilles, fraises et certaines fleurs color�es ... Une propri�t� int�ressante de ces mol�cules est qu'elles changent de couleur en fonction du milieu dans lequel elles se trouvent. C'est � dire que la couleur observ�e sera diff�rente en milieu acide, neutre ou basique.

Laboratoire : Extraction du jus de chou rouge a. objectif : Mise en �vidence de la propri�t� d'indicateur acide-base du jus de chou rouge 1. Mat�riel 1 berlin de 500 mL 3 berlins de 100mL 1 couteau  1 passoire 1 plaque chauffante 2. R�actifs : 1 morceau de chou rouge 1 citron Eau distill�e (H2O) Na2CO3.10 H2O c. Mode op�ratoire * Chauffer environ 400 mL d�eau distill�e dans un berlin de 500 mL. Couper le chou rouge finement. Ajouter le chou � l�eau bouillante et remuer. Retirer le berlin de la plaque et laisser infuser le chou pendant une demi heure jusqu'� ce qu'il soit bien refroidi. Filtrer le jus de chou rouge � l�aide de la passoire. Verser 50 mL de jus de chou rouge dans les trois berlin de 100mL. Ajouter dans le premier berlin du jus de citron. Ajouter de l�eau distill�e dans le deuxi�me berlin. Ajouter une pointe de spatule de Na2CO3 . 10 H2O dans le troisi�me berlin. Observer.   * remarque : l'extraction de l'indicateur est plus efficace et rapide dans un m�lange eau-m�thanol  50:50 chauff� � reflux. Dans ces conditions, quelques gouttes de jus suffisent comme indicateur. Le labo d'@t home : Un indicateur color� naturel , le jus de chou rouge - http://home.scarlet.be/at_home/chou.htm Jus de chou rouge - scienceamusante.net - http://scienceamusante.net/wiki/index.php?title=Jus_de_chou_rouge d. Observations Le liquide obtenu (jus de chou rouge) est de couleur mauve. Neutre- l'eau distill�e n'a aucun effet sur l'indicateur parce qu'elle est neutre. Acide- l'indicateur devient rouge. Le jus de citron est un compos� acide. Base- L'ajout de carbonate de sodium fait virer la solution au vert. Le bicarbonate de soude est un compos� basique. Cr�dit photos :  E. Mayn� 2010 - Manipulations : E. Mayn�, M. Gochel La photo ci-contre montre les diff�rentes teintes que peut prendre le jus de chou rouge selon le pH de la solution dans laquelle il est introduit. (c) illustration :  http://www.ac-nantes.fr / V. Belkhir

IV. Evolution de la concentration des esp�ces lors d'un titrage.

Nous avons vu que le principe d'un titrage repose sur une r�action compl�te permettant de faire r�agir une solution de concentration inconnue avec un volume d�fini et mesur� de solution titrante de concentration connue. 

Observons maintenant comment �voluent les esp�ces pr�sentes dans la solution lors d'un titrage. Prenons l'exemple du titrage de l'acide ac�tique (vinaigre) (CH₃COOH) par une base forte (NaOH). [Pka CH₃COOH/CH₃COO^- : 4,75]

Au d�part, le NaOH r�agit avec l'acide pour former sa base conjugu�e. Lorsque tout l'acide a r�agi, NaOH s'accumule dans la solution.

Lorsque le point d'�quivalence est d�termin�, il est possible de calculer le point de demi-�quivalence (il se situe � la moiti� du volume d'�quivalence).

Au point de demi-�quivalence, les concentrations de l'acide et de sa base conjugu�e sont �gales. Nous sommes donc en pr�sence d'un m�lange tampon et les deux concentrations sont strictement identiques. La mesure du pH au point d'�quivalence est donc �galement la mesure du pKa du couple acide/base titr�. (Pka = -log(Ka) o� Ka est la constante de dissociation de l'acide, �galement appel�e force de l'acide).

 

 

IV.1.Exercices

V. Les diff�rents types de dosages/ titrages et leurs graphes particuliers :

V.1. Titrage Acide fort par Base forte

 (contenu du Berlin / contenu de la burette). Graphe commen�ant par un pH aux environs de 1 ou 2 et terminant vers 13 ou 14, le pH d'�quivalence est proche de 7.

V.2. Titrage Base forte par Acide fort

Graphe commen�ant avec des valeurs de pH aux environs de 14 , 13 et finissant vers un pH de 1 ou 2. Le pH d'�quivalence est aux alentours de 7.

V.3. Titrage Acide faible / Base forte

Le Graphe d�bute avec un pH sup�rieur � 2 et le point d'�quivalence se trouve en milieu basique (pH d'�quivalence sup�rieur � 7).

V.4. Titrage Base faible / Acide fort

Le Graphe d�bute avec un pH basique et le point d'�quivalence se trouve en milieu acide (pH inf�rieur � 7).

VI. Laboratoire virtuel - simulateur

	Courbes de titrages Neutralisation

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	Miseur, L. (2020). Lachimie.net - Titrages. La Chimie.net. http://www.lachimie.net

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