Correction - gaelroux sfr

TP 5 : Titrage colorimétrique et titrage pH-métrique
d'un acide fort par une base forte - Correction
Objectifs : Pratiquer une démarche expérimentale pour déterminer la concentration d'une espèce chimique lors
d'un titrage colorimétrique (changement de couleur pour visualiser l'équivalence).
Établir l’équation de la réaction support de titrage à partir d’un protocole expérimental.
I°) Titrage colorimétrique d'un acide fort par une base forte
Un titrage à pour but la détermination de la concentration d'une solution.
Dans cette partie on souhaite déterminer la concentration inconnue d'une solution d'acide chlorhydrique HCl
par de la soude NaOH.
Pour cela nous allons repérer l'équivalence grâce à l'emploi d'un indicateur coloré qui à pour caractéristique
de changer de couleur selon la valeur du pH.
a°) Protocole du titrage
• Rincer la burette avec la solution de soude NaOH de concentration Cb = 0,010 mol.L-1 puis la compléter.
• Avec une pipette jaugée, prélever un volume VA = 10,0 mL de HCl de concentration inconnue CA et verser
ce volume dans un bécher.
• Ajouter quelques gouttes de l'indicateur coloré : Bleu de bromothymol (BBT).
1°) Légender le schéma suivant :
2°) Réaliser le titrage jusqu'au changement de couleur et noter le volume Véq
versé à l'équivalence.
Véq = 11 mL
b°) Exploitation du titrage
1°) Compléter le tableau d'évolution de la réaction :
Équation bilan
H3O+(aq)
HO-(aq)
2 H2O(l)
État initiale
CA.VA
Cb.Véq
Excès
État intermédiaire
CA.VA - x
Cb.Véq - x
Excès
Équivalence
CA.VA – xéq = 0
Cb.Véq – xéq = 0
Excès
+
2°) Quelle est la solution titrante ? Quelle est la solution titrée ?
La solution titrante est la solution dont on connaît précisément la concentration, sa position est dans la
burette.
La solution titrée est la solution dont on recherche la concentration.
3°) Quelles sont les caractéristiques d'une réaction de titrage ? Définir l'équivalence du titrage.
Une réaction de titrage doit être rapide, unique est totale.
4°) A l'aide du tableau d'avancement, en déduire la concentration inconnue CA de l'acide utilisé.
A l'équivalence les produits on été introduits dans les proportions stœchiométriques de l'équation bilan
support du titrage (donc les réactifs ont été totalement consommés).
Donc on a Cb.Véq – xéq = 0 et CA.VA – xéq = 0 ce qui peut s'écrire aussi xéq = CA.VA = Cb.Véq
Donc à l'équivalence nous avons CA.VA = Cb.Véq
Nous avons mesuré un volume versé à l'équivalence Véq = 11,0 mL
Donc on en déduit que CA =
Cb . Véq
0,010×11,0
=
= 1,1×10−2 mol.L−1
VA
10,0
II°) Titrage pH-métrique d'un acide fort par une base forte
Le dosage colorimétrique est une méthode rapide mais pas forcément précise. Pour cela on utilisera la méthode
pH-métrique.
• Remplir de nouveau la burette graduée avec la solution de soude NaOH de concentration Cb = 0,010 mol.L-1.
• Avec une pipette jaugée, prélever 10,0 mL de la solution d'HCl et les verser dans un bêcher de 150 mL
environ.
• Étalonner le pH-mètre et immerger la sonde dans le précèdent bêcher. Rajouter un peu d'eau distillée si
nécessaire pour que la sonde soit bien immergée. (Ajout d'environ 50 mL d'eau)
• Doser alors la solution d'HCl en versant doucement la soude dans le bêcher. Relever dans le tableau suivant,
la valeur du pH ainsi que le volume V versé. On diminuera le volume versé quand le pH dépassera 5.
V (mL)
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
10,5
11
11,5
pH
2,7
2,7
2,8
2,8
2,9
3
3
3,1
3,2
3,4
3,5
3,7
3,8
4,2
V (mL)
12
12,5
13
13,5
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
pH
7
9,8
10,1
10,3
10,4
10,6
10,7
10,8
10,9
11
11
11,1
11,1
11,1
1°) Tracer sur une feuille de papier millimétré, l'évolution du pH en fonction du volume V de soude versée.
pH
10
8
pHE
6,97
=7
6
4
2
Véq
12,0 = 12 mL
5
10
15
20
V (mL)
2°) Déterminer par la méthode des tangentes parallèles (voir la présentation de la méthode par le professeur) la
valeur du volume équivalent Véq ainsi que le pH correspondant que l'on notera pHE.
Véq = 12 mL et pHE = 7
Un indicateur coloré est un couple acido-basique dont la forme acide du couple possède une couleur différente
de la forme basique. La zone de virage d'un indicateur coloré sont les valeurs de pH où l'indicateur change de
couleurs.
3°) Parmi la liste des indicateurs suivants, justifier que le bleu de bromothymol soit bien adapté au dosage
colorimétrique de HCl.
On doit choisir le bleu de bromothymol car sa zone de virage contient le pH à l'équivalence qui est ici de
7 pour ce dosage. On peut représenter cette zone de virage sur le graphique.
Couleur forme basique du couple
de l'indicateur
Zone de virage indicateur
Couleur forme acide du couple
de l'indicateur
3°) A l'aide du tableau d'avancement de la première partie (c'est toujours la même réaction), en déduire la
concentration inconnue CA de l'acide utilisé.
A l'équivalence les produits on été introduits dans les proportions stœchiométriques de l'équation bilan
support du titrage (donc les réactifs ont été totalement consommés).
Donc on a Cb.Véq – xéq = 0 et CA.VA – xéq = 0 ce qui peut s'écrire aussi xéq = CA.VA = Cb.Véq
Donc à l'équivalence nous avons CA.VA = Cb.Véq
Nous avons mesuré un volume versé à l'équivalence Véq = 12,0 mL grâce à la méthode des tangentes
parallèles.
Donc on en déduit que CA =
Cb . Véq
0,010×12,0
=
= 1,2×10−2 mol.L−1
VA
10,0
4°) La soude est une base forte, quelle relation relie le pH et la concentration Cb ? Est-elle vérifiée ici ?
Une base forte est totalement dissociée dans l'eau donc nous avons [HO-] = Cb .
Comme nous avons la relation Ke = [H3O+]×[HO-] = 1,0×10-14 à 25°C et que pH = -log([H3O+]) on en
déduit que pour une base forte nous avons :
pH = 14 + log(Cb)
Donc théoriquement, le pH de la solution de soude doit être pH = 14 + log(0,010) = 12
La mesure du pH indique 12,1 donc la mesure confirme que la soude NaOH est une base forte.
5°) De la mesure du pH de la solution de HCl et de la valeur de CA correspondante, en déduire si HCl est un
acide fort ?
Un acide fort est totalement dissocié dans l'eau donc nous avons [H3O+] = CA.
Donc le pH pour un acide fort est pH = - log(CA)
Nous avons trouvé que CA = 0,012 mol.L-1. Le pH théorique de cette solution est donc :
pH = - log(0,012) = 1,9
La mesure du pH indique 2 environ donc la mesure confirme que HCl est un acide fort.