Terminale S
Activité expérimentale : Dosage par titrage d’une base
forte
par
un
acide
fort
Contexte du sujet :
Une solution commerciale de déboucheur pour canalisations peut être assimilée à une solution aqueuse d'hydroxyde de sodium concentrée.
L'étiquette du flacon indique un pourcentage en masse de soude de 10 % et une densité de 1,23 : ceci correspond à une concentration d'environ 3 mol.L-1.
But : Déterminer avec précision la concentration C0 de cette solution commerciale par deux techniques de
titrage direct, pour vérifier les indications du fabriquant. Informations : Document 1 :
Au cours du dosage par titrage direct, l'espèce chimique à titrer (de concentration inconnue) réagit avec une quantité connue d'une espèce chimique appelée espèce titrante (de concentration connue). La réaction est appelée réaction support du titrage.
La réaction de titrage doit être totale, rapide et unique.
L'état du système pour lequel les réactifs ont été introduits dans les proportions stœchiométriques est appelé l'équivalence : E.
Le but du titrage est de mesurer avec précision le volume équivalent VE c'est-à-dire le volume de
solution titrante versé à l’équivalence. Document 2 :
Lorsque la réaction support du titrage fait intervenir des ions, on peut déterminer VE par conductimétrie :
c’est un titrage conductimétrique.
La conductivité σ dépend de la nature et de la concentration des ions présents dans la solution. Si la solution est suffisamment diluée (concentrations inférieures à 10-2 mol.L-1), la loi de Kohlraush permet de
calculer la conductivité σ de la solution en fonction des concentrations [Xi] des ions présents et de leurs
conductivités molaires ioniques λi (en Siemens mètre carré par mole : S.m².mol-1) en utilisant la formule
suivante : σ =Σ λi [Xi]
Lorsque la réaction de titrage est une réaction acido-basique, on peut réaliser un titrage par pHmétrie : c’est un titrage pHmétrique.
Pour une réaction entre un acide fort et une base forte, le pH à l'équivalence a pour valeur pHE = 7,0.
Lorsque la réaction de titrage est une réaction acido-basique, on peut également réaliser un titrage colorimétrique en ajoutant dans la solution quelques gouttes d'un indicateur coloré acido-basique judicieusement choisi qui changera de couleur au voisinage de l'équivalence.
Document 3 :
Concentration de la solution d'acide chlorhydrique disponible : CA = 2,5.10-2 mol.L-1
Conductivités molaires ioniques :
λ(H3O+) = 34,98 x 10-3 S.m².mol-1 λ(HO-) = 19,86 x 10-3 S.m².mol-1
λ(Cl-)= 7,63 x 10-3 S.m².mol-1 λ(Na+)= 5,01 x 10-3 S.m².mol-1
Les ions Cl- et Na+ peuvent coexister dans une solution sans réagir entre eux
Domaines de virage de quelques indicateurs colorés acido-basiques :
indicateur Couleur acide pH zone de virage Couleur basique Bleu de bromothymol jaune 6 - 7,6 bleu
Rouge de crésol jaune 6,8 - 8,4 rouge Hélianthine rouge 3,1 – 4,4 jaune
La solution commerciale de Destop de concentration C0 a été diluée 100 fois avec précision. On note CB la
I. S’approprier le sujet (20 minutes)
1. Quelles sont les espèces chimiques présentes dans une solution d’acide chlorhydrique ? 2. Quelles sont les espèces chimiques présentes dans une solution d’hydroxyde de sodium ? 3. Écrire l’équation de la réaction qui se produit lors du mélange de ces deux solutions
4. Quelles sont les caractéristiques de cette réaction ? Peut-elle servir pour un dosage par titrage direct de la solution de Destop par l’acide chlorhydrique ? Quelles précautions faut-il prendre ?
5. À partir d’un tableau d’avancement, établir la relation entre les quantités de matière à l’équivalence et en déduire la relation permettant de calculer la concentration de la solution diluée de Destop en fonction du volume de Destop utilisé, du volume équivalent et de la concentration de la solution d’acide
chlorhydrique.
II. Réaliser un titrage colorimétrique (30 minutes) Protocole du titrage colorimétrique :
Remplir la burette d'acide chlorhydrique.
Dans un petit erlenmeyer, verser un volume VB = 10,0 mL de solution diluée de déboucheur, mettre
un barreau aimanté dans le bécher et le placer sur un agitateur magnétique, sous la burette. Ajouter quelques gouttes de l'indicateur coloré que vous avez choisi. Faire vérifier le montage. Ajouter progressivement, millilitre par millilitre l’acide chlorhydrique et relever le volume Vapprox
pour lequel la solution change de couleur.
Recommencer l'expérience en versant cette fois-ci directement un volume d'acide de Vapprox - 2 mL
et ajouter goutte à goutte l'acide jusqu'au changement de couleur de la solution. Lire le volume versé ou volume équivalent VE et le faire vérifier par le professeur.
1. Réaliser le montage du poste de titrage et le faire vérifier. 2. Procéder au titrage et relever la valeur de VE.
3. Faire un schéma légendé du poste de titrage. 4. Quel est l'intérêt de ce dosage en deux étapes ?
5. Calculer la concentration C0 de la solution commerciale de Destop et la noter au tableau.
III. Réaliser un titrage conductimétrique (30 minutes) Protocole du titrage conductimétrique :
Remplir la burette d'acide chlorhydrique.
Dans un grand bécher, verser un volume VB = 10,0 mL de solution diluée de déboucheur et 200 mL
d'eau distillée.
Placer sous agitation magnétique et sous la burette. Plonger, dans la solution, la sonde du conductimètre.
Ajouter progressivement, millilitre par millilitre l’acide chlorhydrique, relever pour chaque volume VA
d'acide versé la conductivité de la solution et porter au fur et à mesure vos mesures sur un graphique représentant la conductivité du mélange en fonction du volume versé.
Relever le volume du point d’intersection des deux droites qui constituent le graphe obtenu : c’est le volume équivalent V'E.
1. Réaliser le montage du poste de titrage et le faire vérifier. 2. Procéder au titrage et relever la valeur de V’E.
3. Faire un schéma légendé du poste de titrage.
4. Calculer la concentration C’0 de la solution commerciale de Destop et la noter au tableau.
IV. Critiquer (20 minutes)
1. Faire la moyenne des valeurs obtenues par tous les groupes pour chaque méthode.
2. Comparer les valeurs moyennes à celle donnée par le fabriquant et calculer les écarts relatifs. 3. Comparer les deux techniques suivant plusieurs critères que vous choisirez.
