Comprendre et exploiter un titrage colorimétrique
- Fiche de cours
- Quiz et exercices
- Vidéos et podcasts
- Titrage avec suivi colorimétrique.
- Relier l’équivalence au changement de réactif limitant et à l’introduction des réactifs en proportions stœchiométriques.
- Établir la relation entre les quantités de matière de réactifs introduites pour atteindre l’équivalence.
- Expliquer ou prévoir le changement de couleur observé à l’équivalence d’un titrage mettant en jeu une espèce colorée.
- Un titrage consiste à doser une solution titrée de concentration inconnue par une solution titrante de concentration connue afin de déterminer la concentration de la solution titrée. Au moins un des réactifs ou des produits doit être coloré.
- L’équivalence correspond au moment où l’on a introduit une quantité suffisante de réactif titrant pour consommé tout le réactif titré.
- L’équivalence se repère par un changement de couleur car il y a changement de réactif limitant.
- À l’équivalence d’une
réaction
aA + bB → cC + dD, on
peut écrire :
.
- Écrire et équilibrer une réaction d'oxydoréduction
- Quantité de matière et formule
Pour comprendre le principe du titrage, on étudie le montage correspondant.
Montage d’un titrage
Le titrage nécessite 2 solutions (étude du cas général).
| Solution | SA | SB |
| Rôle | Solution titrée | Solution titrante |
| Concentration en quantité de matière de la solution (en mol·L–1) |
CA : c’est la
concentration en quantité de
matière du réactif
titré A. La concentration CA est inconnue et on cherche à l’estimer. |
CB : c’est la
concentration en quantité de
matière du réactif
titrant B. La concentration CB doit être connue avec précision. |
| Volume de la solution (en L) | VA : c’est le volume de la solution titrée au début de la manipulation, qui a été placé dans l’erlenmeyer. | VB : c’est le volume de réactif titrant, qui est placé dans la burette graduée. |
| Définition | Une solution titrée est une solution dont on souhaite déterminer la concentration en quantité de matière. | Une solution titrante est une solution qui permet de déterminer la concentration en quantité de matière de la solution titrée. |
L’idée générale d’un titrage est de consommer complètement le réactif titré (SA) en introduisant progressivement (au goutte à goutte à l’aide de la burette) le réactif titrant (SB).
On observe en parallèle dans l’erlenmeyer le comportement du milieu réactionnel en fonction du volume de solution titrante (VB) progressivement versé.
Un milieu réactionnel est un milieu dans lequel a lieu une ou plusieurs réactions chimiques.
Le titrage est dit
« colorimétrique » lorsque
la réaction contient un réactif
coloré.
Si le réactif est la solution titrée, il
est consommé au cours de la réaction
jusqu’à épuisement : la
solution se décolore donc.
Si le réactif est la solution titrante, il est
consommé jusqu’à disparition du
réactif titré, puis s’accumule dans
l’erlenmeyer : la solution se colore.
Le titrage colorimétrique est un titrage direct car la réaction ne met en jeu qu'une seule équation chimique. Un titrage indirect met quant à lui en jeu plusieurs équations, pour consommer le réactif titré, puis le réactif titrant.
Lorsque les solutions SA
et SB entrent en contact, il se produit
une réaction chimique, qui est le support du
titrage : le réactif A (contenu dans
la solution SA) réagit avec le
réactif B (contenu dans la
solution SB) pour former
2 produits : C et D.
La réaction s’écrit :
a × A + b × B → c × C + d × D
où a, b, c et d sont les coefficients stœchiométriques des éléments respectifs A, B, C et D.
Pour qu’une réaction soit utilisée au cours d’un titrage, elle doit être :
- rapide : elle doit se réaliser quasi immédiatement, sinon le titrage serait trop long à effectuer ;
- totale : elle doit se produire jusqu’à épuisement total d’un des deux réactifs, qui est ainsi le réactif limitant ;
- unique : elle doit être la seule à se dérouler dans le milieu réactionnel durant la manipulation.
Lors du titrage, les deux réactifs entrent en
contact et réagissent. Avant que la
réaction commence, l’erlenmeyer ne
contient que le réactif A : sa
quantité de matière vaut 
avant le dosage.
À l’équivalence, le réactif A est donc totalement consommé. Si on continue d’ajouter le réactif B, il s’accumule alors dans le bécher car il ne réagit plus avec le réactif A. L’équivalence correspond donc au changement de réactif limitant.
Le volume équivalent se lit sur la burette lors du changement de couleur. On le note VB(éq) (volume de réactif B versé à l’équivalence).
On définit trois phases lors du titrage.
Le réactif titré A est en excès. Le réactif titrant B est le réactif limitant. Chaque goutte du réactif titrant B introduit dans l’erlenmeyer est consommée par le réactif à titrer A.
On dit que le réactif titrant B et le
réactif titré A sont introduits dans
les proportions stœchiométriques. La
quantité du réactif titré A
initialement présent dans le bécher et la
quantité du réactif titrant B
versée depuis le début du titrage ont
réagi totalement. Il ne reste alors ni le
réactif titré A, ni le
réactif titrant B dans le milieu
réactionnel : seuls les produits C
et D formés sont présents.
Dans le cadre d’un titrage colorimétrique,
l'équivalence correspond à un changement
de couleur de la solution.
Le réactif titré A a totalement été consommé, il n’en reste plus. Quand on ajoute le réactif titrant B, il ne réagit pas et s’accumule dans l’erlenmeyer.
On titre une solution d’eau
oxygénée H2O2
(incolore) avec une solution de permanganate de
potassium (K+ + 
) (violette) :
- Avant l’équivalence, le permanganate de potassium est le réactif limitant : la solution est donc transparente.
- À l’équivalence, on a versé autant de permanganate de potassium qu’il n’y avait d’eau oxygénée initialement présente dans le bécher : les réactifs ont été introduits dans les proportions stœchiométriques.
- Après l’équivalence, l’eau oxygénée H2O2 a totalement été consommée, il ne reste donc dans le bécher que le permanganate de potassium qui continue d’être versé. La solution se colore donc en violet.
L’équivalence correspond au moment où il y a changement de couleur : transparent → violet.
Illustration du changement de couleur à l’équivalence
Le repérage de l’équivalence nous permet de calculer la concentration en quantité de matière CA du réactif titré A.
Pour la réaction support de ce titrage :
a × A + b × B → c × C + d × D
On peut donc écrire à l’équivalence :
|
avec :
|
la
quantité de matière du
réactif titré A
initialement présente dans
l’erlenmeyer, en mol
la
quantité de matière du
réactif titrant B introduite dans
l’erlenmeyer à
l’équivalence, en mol
Or :
 = CA × VAet  = CB × VB(éq)
|
avec :
|
On en déduit donc la relation à l’équivalence :
Le calcul de la concentration en quantité de matière CA donne alors :
Dans le cas particulier où les coefficients stœchiométriques des réactifs A et B sont égaux (a = b), l’équivalence correspond au moment où l’on a versé autant de solution B qu’il y avait initialement de solution A dans la bécher.
On a alors ainsi
,
soit CA × VA = CB × VB(éq).Cette relation est souvent employée pour les titrages acide-base.
On s’intéresse au titrage d’une
solution A de
concentration CA et de volume
VA = 50 mL d’eau
oxygénée H2O2
par une solution titrante B contenant l’ion
permanganate 
de concentration
CB = 1,00 × 10–2
mol·L–1 et de
volume VB.
La réaction support du titrage est :
5 H2O2(aq) + 2
(aq) + 6 H+(aq) → 2 Mn2+(aq) + 5 O2(aq) + 8 H2O(l)
L’ion permanganate 
est de couleur violette.
C’est la seule espèce colorée dans
cette manipulation. On détecte donc
l’équivalence par une méthode
colorimétrique.
Dès qu’on obtient ce changement de
couleur, on stoppe la réaction.
On lit sur la burette :
VB(éq) = 19,3 mL.
On calcule la concentration de la solution d’eau
oxygénée H2O2.
La relation d'équivalence est :
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