Terminale-S_files/TP Chimie 2 2013 - pH-métrie

TP Chimie 3
Mesures pH-métriques
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Le pH-mètre
Attention ! L’électrode de verre reliée au pH-mètre est extrêmement fragile (épaisseur de verre de la partie basse qui ne
dépasse pas quelques microns) !
1.1 Description
la température à la valeur de l’ambiante ;
Un pH-mètre comporte une sonde de mesure formée de
deux électrodes :
– Une électrode de référence, dont le potentiel est
constant ;
– Une électrode de mesure en verre.
Les électrodes sont reliés par de simples fils à un voltmètre
spécial, car directement gradué en unités de pH (ou, pour
les plus récents, qui affiche directement la valeur du pH).
Ces deux électrodes peuvent être sous la même enveloppe :
on parle alors d’électrode combinée (souvent reliée au pHmètre par un câble coaxial).
Attention pour la suite, l’électrode de verre
utilisée pour mesurer le pH est extrêmement
fragile !
2 Rincer l’électrode à l’eau distillée et l’immerger dans
une solution tampon pH=7,0. Commutateur sur « pH »,
tout en agitant la solution, ajuster l’affichage du pHmètre à 7,0 à l’aide du bouton de réglage de zéro Offset ;
3 Rincer à nouveau l’électrode à l’eau ditillée, et l’immerger dans une seconde solution tampon pH=4,0. Ajuster
l’affichage à 4,0 à l’aide du bouton de réglage de pente
Slope ;
4 Rincer à nouveau l’électrode, la plonger dans l’eau distillée ; le pH-mètre est prêt.
1.2 Étalonnage
1.3 Mesure du pH
Les pH-mètres utilisés au lycée possèdent trois boutons de
réglage, en sus du commutateur de fonction :
– un bouton dit « de compensation de température » avec
lequel on précise la température ambiante ;
– un bouton dit « de réglage de zéro » noté Offset ;
– un bouton dit « de réglage de pente » noté Slope ;
Au début du TP, il faut se renseigner pour savoir si le pHmètre est déjà étalonné ou pas ; si ce n’est pas le cas, il faut
l’étalonner de la façon suivante :
1 Appuyer sur le commutateur « Température » et régler
Lorsque l’on veut mesurer le pH d’une solution, on plonge
la sonde dans la solution, on agite, et après stabilisation de
la mesure, on relève la valeur.
Il faut toujours agiter lors d’une mesure de pH.
Ensuite, on retire la sonde, on la rince à l’eau distillée et on
la replonge dans l’eau distillée, si l’on ne veut pas réaliser
une nouvelle mesure immédiatement.
Il faut toujours rincer l’électrode entre deux
mesures.
2 Acidité du vinaigre
L’acidité du vinaigre est essentiellement due à l’acide éthanoïque ou acide acétique CH3 COOH.
• À l’aide du matériel mis à disposition, diluer dix fois un
vinaigre.
• Mesurer son pH.
• Diluer à nouveau cette solution dix fois, et recommencer
la mesure du pH.
• Rincer l’électrode de pH, la replacer dans l’eau distillée.
3 Titrage pH-métrique acide fort-base forte
• Préparer une feuille de papier millimétré pour tracer la
courbe, pH en ordonnée sur 14 centimètres, volume de
soude versé Vb en millilitres en abscisse sur 25 centimètres (donc orientation paysage pour la feuille).
a . Écrire l’équation de la réaction se produisant lors du
titrage.
b . L’ajout d’eau distillée dans la solution contenant le réactif titré modifie-t-il le résultat du titrage ?
• Étalonner le pH-mètre.
• Introduire dans une burette graduée une solution d’hydroxyde de sodium (soude) de concentration molaire
cb = 1, 0 × 10−1 mol · L−1 .
• Introduire dans un bécher forme haute un volume Va =
20 mL d’une solution d’acide chlorhydrique de concentration molaire ca inconnue.
• Placer le bécher sur un agitateur magnétique avec un
barreau aimanté, disposer convenablement la sonde de
pH-métrie, en ajoutant éventuellement quelques millilitres d’eau distillée de façon à bien immerger l’électrode. Attention, ne pas trop ajouter d’eau tout de
même, il faut assez de place pour les 25 mL de soude
encore dans la burette !
c . Appliquer la méthode des tangentes pour déterminer
le volume VbE et le pHE à l’équivalence.
d . Donner la définition de l’équivalence et la relation
liant ca , Va , cb et VbE . En déduire de ces mesures la
concentration ca d’acide inconnue.
e . À l’aide d’un tableur-grapheur, représenter les
courbes :
pH = f (Vb )
• Mesurer le pH de la solution acide.
• Ajouter la soude millilitre par millilitre, en notant dans
un tableau le volume Vb de soude versée et le pH, et en
traçant immédiatement chaque point sur le graphique.
et
dpH
dVb
= f (Vb )
f . Déterminer le volume VbE à l’équivalence pour lequel
dpH
la courbe dV présente un maximum.
b
4 Choix d’un indicateur coloré
• Recommencer le titrage précédent trois fois, à chaque
fois avec un indicateur coloré différent : hélianthine,
bleu de bromothymol et enfin phénolphtaléine. Mesurer
le volume à l’équivalence à la goutte près.
g . Comment doit-on sélectionner l’indicateur coloré
pour qu’il soit le mieux adapté ?
• Comparer les résultats obtenus pour VbE avec le résultat
du dosage pH-métrique.
Données
• Dessiner les zones de virage des indicateurs colorés sur
la courbe pH = f (V).
Bleu de bromothymol : jaune 6,0, bleu 7,6.
Hélianthine : rouge 3,1, jaune 4,4.
Phénolphtaléine : incolore 8,2, rose fuschia 10,0.
5
Les points clefs de l’expérience
Une année... sans agitation ! Il est essentiel lors de tout
dosage quelqu’il soit d’homogénéiser convenablement la solution. Pour cela il faut prévoir un agitateur magnétique et un turbulent (le barreau aimanté
que l’on place dans la solution à doser). Petit détail,
si on n’utilise pas de sonde de mesure, on peut préférer un erlenmeyer à un bécher, car le premier permet
d’agiter fortement sans risque de projection.
Le choix d’un indicateur Il faut être capable de choisir
un indicateur de fin de réaction adapté au dosage.
• Lors du dosage d’un acide fort par une base forte,
le pH à l’équivalence vaut exactement 7. Pour un
tel dosage, on utilise généralement le bleu de bromothymol, de zone de virage entre 6 et 7,6.
• Lors du dosage d’un acide faible par une base
forte, le pH à l’équivalence est supérieur à 7. Pour
un tel dosage, on utilise généralement la phénolphtaléine, de zone de virage entre 8,2 et 10.
• Lors du dosage d’un acide fort par une base faible,
le pH à l’équivalence est inférieur à 7. Pour un tel
dosage, on utilise généralement l’hélianthine, de
zone de virage entre 3,2 et 4,4.
• Lors du dosage d’un acide faible par une base
faible, l’énoncé précisera le pH à l’équivalence,
afin de permettre un choix éclairé de l’indicateur
coloré.
Règle générale : le pH à l’équivalence doit être situé dans la zone de virage de l’indicateur afin que le
dosage colorimétrique donne un bon résultat.
pH-métrie ou colorimétrie ? Quel type de dosage faut-il
choisir ? Une fois que l’on sait quel indicateur utiliser (point précédent), il est beaucoup plus rapide
de procéder à une dosage colorimétrique. Donc si le
choix est offert, aucune hésitation, il faut choisir le
dosage colorimétrique !
Quel volume pour la prise d’essai ? Afin que le dosage
soit précis, il faut que le volume équivalent soit
proche de 10 ou 15 mL. Obtenir un volume de 1 mL
démontrerait que l’on a dilué d’un facteur dix de
trop, et volume de 100 mL demanderait à remplir
la burette plusieurs, et dans ce cas il faut diluer d’un
facteur dix de plus avant le dosage.
Pour savoir si on doit effectuer une prise d’essai de
10,0 mL ou de 20,0 mL, et si on doit diluer ou pas,
en plus d’observer le matériel disponible sur la table,
il faut avoir une idée du résultat attendu !
TS2 – TP de Chimie 2 – 2013
Dosage pH-métrique
Solutions
Acide chlorhydrique 0,1 M exact, 2 L
Soude 0,1 M exact, fraîche, 2 L
Vinaigre d’alcool
Au bureau
3 grands béchers
Papier millimétré
×8 groupes
Burette
Agitateur magnétique
Barreau aimanté
pH-mètre
Pipette jaugée 10 mL
Poire aspirante
Fiole jaugée 100 mL
1 bécher forme haute 50 mL
2 béchers 100 mL
1 bécher poubelle
Solutions tampons 4 et 7
Phénolphtaléine
Hélianthine
BBT