TP 7: Titrage de solutions commerciales - Correction

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 DESTOP
Un déboucheur de canalisations (DESTOP) est une solution concentrée d’hydroxyde de sodium Na + +HOL’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 DESTOP 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
Cm V f
=
=25 . Donc le
Cf V m
V f 250,0
=
=10,0 mL . Nous versons un peu de solution mère dans
25
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.
volume de la solution mère à prélever est V m=
• 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 cA = 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 :
pHE
E
VE
2°) Utiliser la méthode des tangentes parallèles pour déterminer le volume versé à l'équivalence VE.
Voir courbe précédente.
Le volume versé à l'équivalence est VE = 19,3 mL
Le pH à l'équivalence est pHE = 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°) Exploitation
Les couples en présence sont: H3O+ (aq) / H2O (l) et H2O (l) / HO- (aq)
1°) Écrire l'équation du titrage de la solution S'.
Nous avons la réaction de H3O+ avec les ions hydroxyde HO- :
H3O+ (aq) + HO- (aq) = H2O (l)
2°) Calculer la constante d'équilibre K de cette réaction. La réaction est-elle totale ?
+
−14
Donnée: K E =[ H 3 O ][ HO ]=10
à 25 °C.
Nous avons K=
1
1
=
=10 14 . Le constante d'équilibre étant très grande, la réaction est totale.
K
[ H 3 O ] [ HO ]
E
+
(Tant mieux car c'est une réaction de dosage)
3°) Définir l'équivalence et en déduire la concentration cS' de la solution S'.
A l'équivalence ; les réactifs ont été introduit dans les proportions stœchiométriques de l'équation support du
dosage :
cS' est la concentration de Destop dilué 25 fois et VS' le volume prélevé (10 mL).
On note ca la concentration de l'acide.
Donc nous avons : c S'×V S '=c a×V E ce qui s'écrit aussi c S'=
ca ×V E 0,10×19,3
−1
=
=0,19 mol.L
V S'
10,0
4°) En déduire la concentration cS de la solution de DESTOP.
−1
Le destop a été dilué 25 fois donc sa concentration est c S=25 c S'=25×0,19=4,8 mol.l
5°) Calculer le volume de 100 g de DESTOP. En déduire la masse d'hydroxyde sodium contenue dans ce
volume. Donnée: MNaOH = 40,0 g.mol -1.
Nous avons ρ=
m
m 100
=0,0833 L .
et donc V= =
V
ρ 1200
Nous avons nNaOH = cS × V et donc nous avons mNaOH = cS × V × MNaOH = 4,8 × 0,0833 × 40,0 = 16 g
6°) En déduire le titre massique du DESTOP. 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 (CH3COOH).
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 cB = 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)
σE
E
VE
2°) Expliquer comment obtenir le volume équivalent VE. 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.
On a VE = 16,8 mL
c°) Exploitation
Les couples en présence sont: CH3COOH (aq) / CH3COO- (aq) et H2O (l) / HO- (aq).
1°) Écrire l'équation du titrage de la solution S'.
On a la réaction d'un acide avec une base : CH3COOH (aq) + HO- (aq) = CH3COO- (aq) + H2O (l)
2°) Calculer la constante d'équilibre K de cette réaction. La réaction est-elle totale ?
+
−14
Donnée: K E =[ H 3 O ] [HO ]=10
et pour le couple CH3COOH / CH3COO - Ka = 1,6 × 10-5.
Nous avons K=
[ CH 3 COO- ]
[CH 3 COOH ] [ HO - ]
réaction est totale.
=
K a 1,6×10−5
=
=1,6×10 9 . La constante d'équilibre étant très grande, la
−14
KE
10
3°) Définir l'équivalence et en déduire la concentration cS' de la solution S'.
A l'équivalence ; les réactifs ont été introduit dans les proportions stœchiométriques de l'équation support du
dosage :
cS' est la concentration du vinaigre dilué 20 fois et VS' le volume prélevé (10 mL).
On note cB la concentration de la soude.
Donc nous avons : c S'×V S '=c B ×V E ce qui s'écrit aussi c S'=
c B×V E 0,050×16,8
−1
=
=0,084mol.L
V S'
10,0
4°) En déduire la concentration cS de la solution de vinaigre commercial.
−1
Le vinaigre a été dilué 20 fois donc sa concentration est c S=20 c S'=20×0,084=1,7 mol.l
5°) Calculer le volume de 100 g de ce vinaigre. En déduire la masse d'acide éthanoïque contenue dans ce volume.
Donnée: MCH3COOH = 60,0 g.mol-1.
Nous avons ρ=
m
m 100
=0,0980 L .
et donc V= =
V
ρ 1020
Nous avons nNaOH = cS × V et donc nous avons mNaOH = cS × V × MNaOH = 1,7 × 0,0980 × 60,0 = 10 g
6°) En 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