Détermination expérimentale du volume de base versé à l'équivalence - Maxicours

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Détermination expérimentale du volume de base versé à l'équivalence

Objectif : L'évaluation en terminale S contient une partie expérimentale, il faut donc connaître le matériel utilisé et savoir exploiter les courbes expérimentales.
Les courbes pH-métriques sont souvent utilisées donc leur étude sera approfondie.
1. Protocole expérimental
Le montage expérimental est identique quel que soit le type de dosage envisagé ainsi que le protocole de suivi du titrage,seuls changent les indicateurs de fin de réaction (indicateurs colorés) ou les appareils de mesure (pH ou conductivité).
a. Montage

 

Dispositif expérimental
Pour titrer une solution d'acide HA par une solution de base B, la solution titrante se trouve dans une burette graduée tandis que la solution titrée est dans un bécher.

La burette doit être rincée à l'eau distillée puis avec la solution titrante avant d'être remplie avec cette même solution jusqu'à la graduation « zéro » en vérifiant le bas du ménisque et l'absence d'air dans le tube sous le robinet.
Attention à toujours placer un bécher poubelle sous la burette graduée (en cas de mauvaise manipulation ou de robinet desserré).

b. Protocole expérimental
Dans le cas d'un titrage conductimétrique ou pH-métrique, le réactif titrant est versé progressivement (1mL par 1mL), puis au saut de pH ou pour des valeurs basses de conductivité, on diminue l'intervalle des mesures au demi-millilitre.
Le titrage continue cependant bien après la passage à l'équivalence pour la détermination graphique de Ve.

Remarque : Pour que les électrodes trempent dans la solution on dilue avec de l'eau distillée le réactif titré ce qui ne modifie pas le nombre de moles ayant réagit.

Pour un dosage colorimétrique, il est conseillé de faire un premier dosage rapide pour déterminer grossièrement la valeur du volume équivalent puis un dosage plus précis en rapprochant les mesures à 1 mL avant l'équivalence retenue.

2. Courbes obtenues pour un titrage pH-métrique
a. Titrages acido-basiques

 

Lorsque le pH initial est petit, c'est que la solution titrée est un acide dosé par une solution titrante basique (figure a) et inversement, soude par acide si le pH initial est supérieur à 7 (figure b).
b. Détermination graphique de Ve par la méthode des tangentes
A l'équivalence, lors d'un titrage acido-basique, on observe un saut de pH significatif du changement de réactif limitant : sur la courbe, la concavité s'inverse, il y a un point d'inflexion qui sera le point d'équivalence E de coordonnées : E(Ve, pHe).

Pour le déterminer, une méthode graphique est facilement utilisée :

tracer deux tangentes parallèles à la courbe de titrage au départ et à la fin du saut de pH ;
•déterminer le milieu du segment perpendiculaire à ces deux tangentes et tracer la troisième parallèle située à égale distance des deux premières.

 

Détermination du point E
Le point d'intersection de cette troisième tangente et de la courbe de titrage est le point E.

Cette méthode permet de déterminer sans calculs, le volume équivalent Ve et le pH à l'équivalence pHe par les coordonnées du point d'équivalence E.

c. Détermination graphique de Ve par la méthode de la courbe dérivée
Le point E correspondant au volume équivalent est un point d'inflexion (changement de la concavité de la courbe) mais il correspond aussi au maximum du coefficient directeur de la tangente à la courbe :

 

Le calcul de ce coefficient directeur k s'écrit :

•k = [pH(B) - pH(A)] / [VA(B) - VB(A)]

C'est-à-dire que pour une petite variation de volume ΔVB, on peut écrire que ce coefficient directeur est égal à la dérivée du pH en fonction du volume :

 

k = d pH / d VB.
Ainsi le maximum de la représentation de d pH / d VB en fonction de VB indiquera Ve :

 

Cette méthode permet de déterminer avec un assistant de calculs, le volume équivalent Ve mais pas le pH à l'équivalence pHe.

 

L'essentiel

Lors d'un titrage acido-basique :
•le volume VA de réactif titré est placé dans un bécher où on rajoute de l'eau distillée si nécessaire pour que les électrodes des appareils de mesures soient en solution ;
•la solution titrante de concentration connue CB est placée dans une burette graduée.

Le suivi des caractéristiques pH et conductivité en fonction du volume de solution titrante versée donne des représentations graphiques qu'il faudra étudier pour déterminer le volume équivalent Ve.

Sur une courbe de titrage pH-métrique, deux méthodes sont envisagées :
méthode des tangentes, graphique, qui permet de déterminer Ve et pHe ;
méthode de la dérivée, en calculant d pH / d VB à chaque volume de solution titrante versé et dont le maximum indiquera Ve.

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