TP de Chimie n°3 2020/2021
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TP de chimie n° 3
Suivi conductimétrique d’un titrage
But du TP : Ce TP de chimie a pour but de présenter une méthode de titrage : la conductimétrie. Nous nous familiariserons avec les appareils électroniques du laboratoire de chimie en étudiant un produit ménager : le déboucheur d’évier (composé principalement de soude).
I. Principe de l’expérience
La solution à titrer est une solution de déboucheur d’évier (type Destop®), contenant principalement de la soude (Na+, HO-) dont on se propose de vérifier la concentration.
La solution titrante est de l’acide chlorhydrique (H3O+, Cl-).
La réaction mise en jeu dans le bécher suite à l’ajout de solution titrante est : HO- + H3O+ à 2 H2O
La constante de cette réaction est K=1014 : cette réaction est donc quantitative / quasi-totale.
La réaction chimique conduit à la disparition d’espèces ioniques, la conductivité de la solution va donc changer au cours du titrage. C’est cette grandeur que l’on va suivre pour déterminer l’équivalence.
II. Manipulation.
La solution commerciale de déboucheur d’évier est trop concentrée pour être titrée directement. Il est donc nécessaire de la diluer au préalable.
Cette dilution a été faite par mes soins, vous disposez ainsi d’une solution diluée 50 fois.
On appellera Cb la concentration de la solution ainsi obtenue.
- Prélever un volume Vb = 20,0 mL de la solution diluée de déboucheur d’évier à l’aide d’une pipette jaugée. L’introduire dans un bécher de 250 mL et rajouter environ 150mL d’eau distillée.
- Remplir la burette graduée avec une solution d’acide chlorhydrique de concentration Ca=0,1mol.L-1.
- Placer le conductimètre dans la solution et mettre en route l’agitation.
- Ajouter la solution d’acide mL par mL et consigner les valeurs données par le conductimètre dans un tableau en fonction du volume V d’acide introduit.
- Tracez la courbe s en fonction de V.
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Courbe expérimentale :
III. Interprétation et exploitation de la courbe obtenue.
Bilan de matière pour un volume V de solution titrante ajouté :
1. Etablir un tableau d’avancement pour visualiser la composition du système lorsque l’on a ajouté un volume V de solution titrante (ici l’acide chlorhydrique) (M’appeler pour vérification) Bilan de matière : Tableau d’avancement pour un volume V de solution introduite :
Réaction : Autres ions présents :
HO- + H3O+ à 2 H2O Na+ Cl-
EI Cb.Vb Ca.V 0 Cb.Vb Ca.V
EF Cb.Vb-x Ca.V-x 2x Cb.Vb Ca.V
En fonction du volume V introduit, plusieurs cas sont possibles : Avant l’équivalence :
2. Quel est le réactif limitant ? En déduire la valeur de l’avancement, en fonction de V
3. En déduire la concentration des ions en présence dans le milieu réactionnel et leur variation.
4. Comment évolue la conductivité ?
Avant l’équivalence : (« petit volume introduit »)
2. La solution « à titrer » est en excès. à H3O+ est réactif limitant On en déduit : x= Ca.V
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3. Les ions présents en solutions sont :
HO- de concentration : à Baisse avec V
Cl- de concentration : à Augmente avec V
Na+ de concentration : à Constante au cours du titrage.
4. La conductivité molaire de HO- étant plus élevée que celle de Cl-, la conductivité globale va diminuer.
Après l’équivalence :
5. Quel est le réactif limitant ? En déduire la valeur de l’avancement, en fonction de V
6. En déduire la concentration des ions en présence dans le milieu réactionnel et leur variation.
7. Comment évolue la conductivité ?
Après l’équivalence : (« grand volume introduit »)
5. La solution « titrante » est en excès. à HO- est réactif limitant On en déduit : x= Cb.Vb
6. Les ions présents en solutions sont :
H3O+ de concentration : à Augmente avec V
Cl- de concentration : à Augmente avec V
Na+ de concentration : à Constante au cours du titrage.
7. La conductivité globale va augmenter.
Dilution :
Il faut noter que, en plus de la réaction, une dilution du mélange réactionnel se produit. La dilution a donc une influence sur la forme de la courbe de titrage.
8. Quelle précaution a-t-on prise pour que le phénomène de dilution soit négligeable ?
L’ajout d’eau distillée permet de négliger la dilution (Vajouté << Vtotal), la courbe de la conductivité sera alors constituée de portions rectilignes.
A l’équivalence : Les réactifs sont introduits dans les proportions stoechiométriques
9. A l’aide du tableau d’avancement, déterminer la relation liant Ca, Cb, Vb et le volume V d’acide introduit.
10. Comment peut-on repérer le volume introduit à l’équivalence sur la courbe tracée précédemment ? (M’appeler pour vérification)
HO−
⎡⎣ ⎤⎦= n
Vtot =CbVb−ξ
Vtot =CbVb −CaV Vtot Cl−
⎡⎣ ⎤⎦= n
Vtot =CaV Vtot Na+
⎡⎣ ⎤⎦= n
Vtot =CbVb Vtot
HO−
⎡⎣ ⎤⎦= n
Vtot =CaV−ξ
Vtot =CaV −CbVb Vtot Cl−
⎡⎣ ⎤⎦= n
Vtot =CaV Vtot Na+
⎡⎣ ⎤⎦= n
Vtot =CbVb Vtot
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11. En déduire la concentration Cb de la solution de déboucheur d’évier diluée puis la concentration Ccom de la solution commerciale
12. La densité du déboucheur d’évier est d=1,23. Il est noté sur l’étiquette : Soude caustique (NaOH), 10% en masse. En déduire la concentration théorique Cexp de la solution. Comparer à la valeur obtenue expérimentalement. Commentez.
A l’équivalence (V=Veq), les réactifs sont introduits dans les proportions stoechiométriques, 9. Ainsi : Cb.Vb-x=0 et Ca.Veq-x=0 d’où
C
b.V
b= C
a.V
eqPour repérer l’équivalence, on trace les tangentes aux deux portions rectilignes et on repère leur point d’intersection.
10. En utilisant la courbe et en interpolant les portions linéaires, on trouve : Veq = 11,7 mL.
11. En utilisant la relation précédente, on trouve ainsi :
La solution commerciale est 50 fois plus concentrée donc 12. Comparaison :
L’étiquette du Destop® indique : Soude caustique (NaOH), 10% en masse. Densité d = 1,23 Raisonnons pour 1 L de solution. On a donc une masse msol = 1,23 kg.
La masse de soude présente est ainsi : mb = 0,123 kg = 0,123 g
Cela fait ainsi une quantité de matière : soit une concentration de 3,01 mol/L
La solution étudiée est donc légèrement moins concentrée que l’indique l’étiquette du produit. La différence est essentiellement due aux tolérances de fabrication. Ce produit n’a pas besoin d’une concentration précise ! De plus, un phénomène de « carbonation » lié à la réaction de la soude avec le CO2 de l’air provoque une diminution de la concentration au cours du temps.
Cb =CaVeq
Vb =0,1×11, 7
20 =5,85.10−2mol/L
Ccom =50×Cb ≈2, 93mol/L
n= m
MNaOH = 123
23,1+16+1≈3, 01mol
