Applications à des titrages mettant en jeu d'autres types de réactions - Maxicours

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Applications à des titrages mettant en jeu d'autres types de réactions

Objectifs : Les réactions d’oxydoréduction et acido-basiques sont les plus courantes mais d’autres réactions peuvent permettre des titrages d’espèces souvent ioniques.

Le titrage par précipitation peut être exploité de manière :
colorimétrique ;
conductimétrique ;
• par titrage indirect.

Le titrage par complexation est souvent colorimétrique ou encore spectrophotométrique
1. Titrage par précipitation

Nous verrons ici le titrage colorimétrique direct avec ajout d’un indicateur de fin de réaction, le titrage des ions chlorure par les ions argent.
Le mélange des ions chlorure Cl-(aq) et des ions argent Ag+(aq) donne un précipité, solide, blanc, peu soluble dans l’eau, de chlorure d’argent, qui se forme dès le début du mélange.

Pour déterminer la fin du titrage vu le trouble blanc dans le bécher, on utilise comme indicateur de fin de réaction le chromate de sodium de formule 2Na+(aq)+ CrO42-(aq).
Celui-ci forme un précipité orange avec les ions argent mais secondairement à la précipitation avec les ions chlorure.

a. Montage expérimental
Dans un bécher on place 10 mL de solution S de chlorure de sodium (Na+(aq) + Cl-(aq)) avec une goutte de l’indicateur de fin de réaction, le chromate de sodium.
D’autre part le réactif titrant, le nitrate d’argent (Ag+(aq)+ NO3-(aq)) de concentration connue C1 = 4,8.10-2 mol.L-1, est placé dans la burette graduée.
b. Réaction(s) de précipitation mise(s) en jeu

Les ions argent Ag+(aq) réagissent préférentiellement avec les ions chlorure donc la première réaction de précipitation qui aura lieu dans le bécher sera :
Ag+(aq) + Cl-(aq) = AgCl(s) blanc.

Puis les ions argent réagissent ensuite avec les ions chromate pour former un second précipité :  
CrO42-(aq) + 2Ag+(aq= Ag2CrO4(s) orange.

Deux réactions ont lieu mais le titrage concerne la première et non la seconde donc le titrage est bien direct et pas indirect.

c. Observations
Au fur et à mesure que le réactif titrant (ions argent) entre en contact avec les ions chlorure, un précipité blanc de plus en plus dense se forme.
Au moment où les ions chlorure ont totalement réagi, les ions argent versés vont réagir avec l’indicateur (ions chromate) pour former un précipité orange qui indique la fin du titrage pour V1eq = 16,7 mL.
d. Détermination de la concentration

D’après l’équation–bilan du titrage, la relation d’équivalence entre les quantités de matière de réactifs titrant et titré est :
nAg+ = nCl-.

C1 .V1eq = C(Cl-).V(Cl-).

C(Cl-)  = C1 .V1eq / V(Cl-) = 4,8.10-2.16,7/10 = 8. 10-2 mol.L-1.

Ainsi la concentration de la solution de chlorure de sodium est de 8.10-2 mol.L-1.

2. Titrage par complexation
a. Introduction

Nous verrons ici un titrage colorimétrique direct avec ajout d’un indicateur de fin de réaction. Il s’agit du titrage des ions calcium par l’EDTA en présence de noir ériochrome T.
Les substances absorbant l’humidité contiennent principalement du chlorure de calcium solide CaCl2. Déterminons le pourcentage massique de chlorure de calcium dans cette substance.

On prépare une solution à 20 g.L-1 de cette substance dont on va titrer VS = 10 mL avec une solution tamponnée à pH 10 d’EDTA (éthylènediaminetétraacétate) de concentration C(EDTA) = 0,1 mol.L-1.
L’EDTA sera symbolisé par l’ion Y4-(aq).

L’indicateur de fin de réaction est le noir ériochrome T qui en présence d’ions calcium Ca2+(aq)  forme un complexe rose et qui libéré du complexe donne une coloration bleu.

Un complexe est un édifice polyatomique constitué d’un atome ou cation central auquel sont liées des molécules appelées ligands.

b. Réaction de complexation
Les ions calcium Ca2+(aq) réagissent avec l’EDTA pour former un complexe selon l’équation :
Ca2+(aq) + Y4-(aq)  = [CaY]2-(aq).
c. Observations
L’EDTA, de la burette graduée, est versé dans la solution rose de concentration inconnue composée d’ions calcium complexés avec le noir ériochrome T.
A l’équivalence, les ions Ca2+ ont tous été complexés préférentiellement par l’EDTA donc le noir ériochrome T libre donne une coloration bleue : ce passage du rose au bleu indique l’équivalence à VEDTA eq = 14,2 mL.
d. Détermination du pourcentage massique

D’après l’équation–bilan du titrage, la relation d’équivalence entre les quantités de matière de réactifs titrant et titré est : nCa2+ = nY4-.
nCa2+ = CEDTA.VEDTA eq.
nCa2+ = 0,1.14,2.10-3 = 1,4.10-3 mol.L-1.

L’équation de dissolution du chlorure de calcium donne des proportions stoechiométriques :
CaCl2(s) = Ca2+(aq) + 2Cl-(aq).
Ainsi nCa2+ = nCaCL2 = 1,4. 10-3 mol.L-1.

D’où la masse de chlorure de calcium contenue dans les 10 mL prélevés :
m(CaCl2) = nCaCL2. M(CaCl2) = 1,4. 10-3.111 = 1,55.10-1 g = 155 mg.
Donc dans 1L : m(CaCl2)/L = 15,5 g.

Donc sur les 20 g/L de substance, 15,5 g/L sont du chlorure de calcium solide ce qui donne un pourcentage de 78 % de CaCl2.

e. Spectrophotométrie
Dans tous les cas de substances colorées non précipitées comme les complexes ou le diiode jaune pâle, il est possible d’effectuer un étalonnage spectrophotométrique.
L’essentiel

Les titrages directs colorimétriques ou conductimétriques sont parfaitement adaptés aux réactions de complexation et de précipitation.
Les titrages indirects sont aussi possibles.

Pour les réactions en chimie organique, plutôt du type acido-basique, les titrages colorimétriques ou pH-métriques sont les plus couramment utilisés (acides carboxyliques, etc).

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