Réaliser un titrage avec suivi pH-métrique

On étudie ici deux couples acide-base (cas général).

• Un acide AH et sa base conjuguée A⁻ qui forment un couple acide-base noté AH / A⁻.
• Une base B et son acide conjugué BH⁺ qui forment un couple acide-base noté BH⁺ / B.

La finalité d’un titrage pH-métrique est de déterminer la concentration C_A d’un acide en solution en faisant réagir deux solutions entre elles.

• Une solution S_A contenant un acide AH de concentration C_A inconnue (solution titrée).
• Une solution S_B contenant une base B de concentration C_B connue (solution titrante).

Au cours de ce titrage, on étudie la variation de pH de la solution titrée acide au fur et à mesure que la solution de base titrante de concentration connue est versée. On va obtenir un saut de pH qui va nous permettre de retrouver indirectement la concentration en quantité de matière recherchée.

Le titrage d’une solution nécessite l’utilisation du matériel de chimie suivant.

• Bécher
• Burette graduée
• Agitateur magnétique + barreau aimanté
• Support pour la burette graduée
• Pipette jaugée + pipeteur
• Eau distillée
• pH-mètre

Le titrage nécessite deux solutions : une titrée et une titrante.

La solution S_A contient un acide AH de concentration en quantité de matière C_A (en mol·L⁻¹) : c’est la concentration du réactif titré A. La concentration C_A est inconnue et on cherche à l’estimer.

Cette solution a pour volume V_A (en L) : c’est le volume fixe de la solution titrée au début de la manipulation, qui se trouve dans le bécher.

La solution S_B contient une base B de concentration en quantité de matière C_B (en mol·L⁻¹) : c’est la concentration de réactif titrant B. La concentration C_B doit être connue avec précision.

Cette solution a pour volume V_B (en L) : c’est le volume de réactif titrant qu’on va ajouter progressivement dans le bécher.

Pour réaliser un titrage avec suivi pH-métrique, il faut réaliser les étapes suivantes.

Schéma du titrage

On verse la solution titrante S_B contenant la base dans la burette graduée.

Le volume V_A de la solution titrante S_A contenant l’acide doit être précis.

On le prélève à l’aide d’une pipette jaugée et d’un pipeteur. On l’introduit ensuite dans le bécher.

1. On met en route l’agitateur magnétique et on allume le pH-mètre.
2. On fait ensuite réagir la solution S_B contenue dans la burette (réactif titrant) avec la solution S_A contenue dans le bécher (réactif titré).
   • On introduit pour cela le réactif titrant B dans le bécher par paliers de 1 mL, en ouvrant légèrement le robinet de la burette.
   • En parallèle, on note la valeur affichée par le pH-mètre ainsi que le volume de solution titrante versé. Pour chaque volume versé, on note le pH de la solution située dans le bécher en prenant soin d’attendre que la valeur se stabilise.
3. Lorsqu’on remarque que le pH évolue de manière plus importante, on fait alors couler la solution titrante par paliers de 0,5 mL (alentours du saut de pH).
4. Lorsque le pH ne varie plus de manière importante, on peut effectuer de nouveau des paliers de 1 mL.
5. On trace ensuite la courbe représentant le pH en fonction du volume de la solution B versée.

Lors du titrage d’un acide AH, ce dernier est progressivement consommé par l’ajout de la base titrante B, de manière irréversible (un titrage est une méthode de dosage destructive). Quand tout l’acide AH est consommé, on atteint l’équivalence.

Lorsque la solution titrante qui contient le réactif basique B est introduite dans la solution titrée contenant le réactif acide AH, il se produit la réaction suivante : AH + B = A⁻ (aq) + BH⁺ (aq).

À l’équivalence, les réactifs A et B ont été introduits dans les proportions stœchiométriques, on peut donc écrire la relation suivante.

On en déduit ainsi la concentration recherchée : .

Une fois qu’on a calculé la concentration recherchée, il est possible de calculer la quantité de matière ou la masse correspondante en utilisant les formules suivantes.

Pour estimer C_A, il faut déterminer V_B(éq), c’est-à-dire détecter l’équivalence.

Lors du titrage pH-métrique d’un acide, le pH est initialement faible car la solution titrée est acide. Il augmente ensuite au fur et à mesure que l’on introduit la base titrante. L’équivalence acido-basique se manifeste par un saut de pH.

Le point d’équivalence a pour ordonnée le pH à l’équivalence et pour abscisse V_B(éq).

Pour déterminer le saut de pH, on peut utiliser la méthode des tangentes parallèles.

1. On trace une tangente à la courbe de part et d’autre du saut de pH. Ces deux tangentes doivent être parallèles entre elles.
2. On trace ensuite une droite perpendiculaire à ces deux tangentes. Au milieu de cette perpendiculaire, on trace une troisième tangente parallèle aux deux autres.
3. Le point équivalent correspond au point d’intersection entre cette troisième tangente et la courbe.

Méthode des tangentes parallèles