Applications à des titrages mettant en jeu des réactions acido-basiques
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De nombreuses méthodes peuvent être mises en place :
• titrage direct colorimétrique par ajout d’un indicateur coloré ;
• titrage direct pH-métrique ;
• titrage conductimétrique ;
• titrage indirect par excès de titrant.
Certaines de ces méthodes sont présentées ici.
Montage expérimental :
Il y a peu de changement de couleur mais il faut faire attention à maintenir l’agitation à chaque ajout et à laisser se stabiliser la valeur de pH avant de la reporter directement (pas de tableau de valeurs) sur le papier millimétré.
La courbe obtenue est ascendante et présente deux points d’inflexion.
Équation :
L’acide éthanoïque réagit très peu avec l’eau donc la réaction totale qui a lieu est :
CH3COOH(aq) → CH3COO-(aq) + H+ ;
HO-(aq) + H+(aq) → H2O.
Bilan : CH3COOH(aq) + HO-(aq) → CH3COO-(aq) + H2O(aq).
Exploitation d’une courbe pH-métrique :
Deux méthodes permettent de déterminer Veq et pHeq sur la courbe obtenue :
• la méthode des tangentes : l’intersection du milieu de la perpendiculaire aux deux tangentes aux deux points d’inflexion parallèles avec la courbe a pour coordonnées : E(Veq ; pHeq).
On obtient pour ce graphique : VBeq = 11 mL de base versée à pHeq = 8.
Détermination de la concentration :
| Equation de la réaction | CH3COOH(aq) + HO-(aq) → CH3COO-(aq) + H2O(aq) | ||||
| Etat de système | Avancement | nCH3COOH | nOH- | nCH3COO- | excès |
| Etat initial (t=0) (mmol) | 0 | CA'.VA' | CB.VB versé : au départ 0 | 0 | excès |
| Etat intermédiaire (t) (mmol) | x | CA'.VA' | CB.VBversé - x | x | excès |
| Etat équivalence (mmol) | xeq | CA'.VA' - xeq = 0 | C2.V2 - xeq = 0 | xeq | excès |
D'où xeq = CA'.VA'/1 et xeq = C2.V2eq/1 d'après la dernière ligne de tableau d'avancement.
De plus, n = C.V donc CA'.VA' = C2.V2 eq.
CA'=
=
1,1.10-1mol.l-1 dans la solution
diluée.Donc dans le vinaigre, CA = 10.CA' = 1,1 mol.L-1 d'acide éthanoïque.
Montage expérimental :
On trace directement sur papier millimétré G = f(VB) car les solutions restent incolores.
La conductance G diminue puis augmente au cours du titrage.
Equation et interprétation de la courbe conductimétrique :
H3O+(aq) → H+(aq) + H2O.
HO-(aq) + H+(aq) → H2O.
Bilan : H3O+(aq) + HO-(aq) → 2H2O(aq) .
Remarque : les ions chlorure Cl- et sodium Na+ sont des ions spectateurs.
Interprétation et exploitation de la courbe conductimétrique :
Au départ, la solution contient de nombreux ions hydronium H3O+(aq), d’où la forte conductance initiale. Mais au fur et à mesure des ajouts d’ions hydroxyde HO-(aq), réagissant pour former de l’eau, la concentration des espèces ioniques diminue.
Donc la conductance G diminue.
Après l’équivalence, il n’y a plus d’ions H3O+(aq) et les ajouts d’HO-(aq) se poursuivent.
La conductance augmente à nouveau.
Il est indiqué 200 mg/gélule sur une boîte, vérifions cette indication.
On réalise ensuite un titrage colorimétrique de l’excès d’ions hydroxyde (Texcès), n’ayant pas réagit avec l’ibuprofène, par de l’acide chlorhydrique (R) de concentration CR = 5.10-2 mol.L-1.
L’équivalence est repérée grâce à un indicateur coloré adapté à pHeq = 7,0 pour un volume d’acide chlorhydrique versé VReq = 16,8 mL.
| Indicateur | Forme acide IndH(aq) | Zone de virage | Forme basique Ind-(aq) |
| Rouge de bromophénol | Jaune | 5,2 à 6,8 | Pourpre |
| Bleu de bromothymol (BBT) | Jaune | 6 à 7,6 | Bleu |
| Phénolphtaléïne | Incolore | 8,2 à 9,8 | Rose |
L'indicateur coloré sera le BBT car sa zone de virage comprend le pHeq et le passage du jaune au bleu sera significatif.
AH(aq) + HO-(aq) → A-(aq) + H2O(aq).
(X) (Tr)
Seule la partie (Tr) des ions hydroxyde a réagi avec (X) sur la totalité introduite Ti donc il reste :
nTexcès (HO-) → nTi(HO-) - nTr (HO-).
Les ions hydroxyde en excès (Texcès) vont être titrés par les ions oxonium H3O+(aq) selon l’équation :
H3O+(aq) + HO-(aq) → 2H2O(aq).
nTexcès (HO-) = nR (H3O+)(eq).
nTexcès (HO-) = CR.VReq = 5.10-2.16,8.10-3 = 8,4.10-4 mol.
Pour trouver la quantité d’ions hydroxyde (Tr) ayant effectivement réagi avec l’ibuprofène (X), on fait la différence :
nTr (HO-) = nTi (HO-) - nTexcès (HO-) avec nTi (HO-) = Ci.Vi = 9.10-3.0 ,2 = 1,8.10-3 mol.
donc nTr (HO-) = 1,8.10-3 - 8,4.10-4 = 9,6.10-4 mol.
D’après la première équation de réaction n(AH) = nTr (HO-) = 9,6.10-4 mol.
Il reste à déterminer la masse correspondante pour la comparer à l’étiquette :
m(AH) = n(AH).M(AH) = 9,6.10-4. 206 = 198 mg.
L’indication du fabricant est donc correcte.
Les mesures pH-métriques et conductimétriques peuvent donner des courbes exploitables donnant des résultats assez précis.
Le titrage indirect est moins courant mais se réalise souvent grâce à un titrage colorimétrique pour la seconde réaction.
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