TSTL|Cours|Chimie - C6 : Dosages

(1)

C6 : Dosages Page 1

C6 : Dosages

1. Remarques générales sur les dosages

La réaction support du dosage est toujours une réaction rapide et totale.

Vocabulaire : on titre (dose) une solution A par une solution B signifie qu’on cherche la concentration de la solution A (appelé solution titrée) à l’aide d’une solution connue B (dite solution titrante)

Quelques exemples de réaction de titrage :

Dosage acido-basique Dosage par précipitation Dosage rédox H³O⁺ + OH^-  2 H2O Ag⁺ + Cl^-  AgCl I² + 2 S²O^32-  2 I^- + S⁴O^62-

CH³COOH + OH^-  CH3COO^- + H²O Zn²⁺ + 2 OH^-  Zn(OH)2 MnO^4- + 8 H³O⁺ + 5 Fe²⁺  Mn²⁺ + 12 H²O + 5 Fe³⁺

L’équivalence est atteinte lorsque le réactif titrant et le réactif titré ont été introduits en proportions stœchiométriques.

Réaction du dosage Réactif titré

Coefficient stœchiométrique

du réactif titré

Réactif titrant

Coefficient stœchiométrique

du réactif titrant

A l’équivalence

H³O⁺ + OH^-  2 H2O H³O⁺ 1 OH^- 1 𝑛_𝐻₃_𝑂+

1 =𝑛_𝑂𝐻⁻ 1

CH³COOH + OH^-  CH³COO^- + H²O OH^-

Ag⁺ + Cl^-  AgCl Cl^-

Zn²⁺ + 2 OH^-  Zn(OH)2 OH^-

I² + 2 S²O^32-  2 I^- + S⁴O^62- S²O^32- MnO4- + 8 H3O⁺ + 5 Fe²⁺

 Mn²⁺ + 12 H²O + 5 Fe³⁺ MnO4-

(2)

C6 : Dosages Page 2 2. Dosage acido basique

a. Dosage acide fort base forte Réaction du dosage :

H

³

O

⁺

+ OH

^-

 2 H

2

O

Exemples de dosage acide fort base forte :

- dosage de la soude par l’acide chlorhydrique - dosage de l’acide chlorhydrique par la soude - dosage de la soude par l’acide nitrique etc…

A l’équivalence on a une solution neutre donc pH = 7

i. La base est la solution titrante Courbe de dosage pH métrique :

ii. L’acide est la solution titrante Courbe de dosage pH métrique :

b. Dosage d’un acide faible AH par une base forte

(3)

C6 : Dosages Page 3 Réaction du dosage :

AH + OH

^-

 A

^-

+ H

²

O

Application 1: a) écrire la réaction de dosage de l’acide picrique (NO²)³C⁶H²OH par la soude

b) écrire la réaction de dosage de l’acide méthyl-propanoïque par la soude

A l’équivalence tout l’acide AH initialement présent dans le bécher a été neutralisé et transformé en 𝐴⁻. A l’équivalence on a une solution contenant la base faible 𝐴⁻. Le pH de la solution à l’équivalence n’est pas 7.

A la demi équivalence la moitié de l’acide AH initialement présent dans le bécher a disparu. Il s’est transformé en 𝐴⁻ donc on a un mélange contenant 50% de AH et 50% de 𝐴⁻.

V = V^éq/2 [AH]=[ 𝑨⁻] pH = pK^a

Application 2 : On dose V^a = 200 mL d’acide éthanoïque (pKa = 4,8) par une solution d’hydroxyde de sodium de concentration c^b = 0,20 mol.L^-1. A l’équivalence on a versé un volume V^éq = 5,2 mL

a) Ecrire la réaction du dosage

b) Qui est le réactif titrant ? titré ?

c) Quelle relation peut-on écrire à l’équivalence ?

d) Quelle est la concentration de l’acide éthanoïque ?

e) Quel est le pH de la solution lorsque 2,6 mL de soude a été versé?

f) Quel est le pH de la solution à l’équivalence ?

g) Quel est le pH initial de la solution ?

Courbe pHmétrique du dosage :

(4)

C6 : Dosages Page 4 c. Dosage d’une base faible B par un acide fort

Réaction du dosage :

B + H

³

O

⁺

 BH

⁺

+ H

²

O

Application 3 : a) écrire la réaction de dosage de l’ion hypochlorite ClO^- par l’acide chlorhydrique

b) écrire la réaction de dosage de l’ammoniac par l’acide chlorhydrique

A l’équivalence toute la base B initialement présent dans le bécher a été neutralisé et transformé en BH⁺. A l’équivalence on a une solution contenant l’acide faible BH⁺. Le pH de la solution à l’équivalence n’est pas 7.

A la demi équivalence la moitié de la base B initialement présent dans le bécher a disparu. Il s’est transformé en BH⁺ donc on a un mélange contenant 50% de B et 50% de BH⁺.

V = V^éq/2 [B]=[BH⁺] pH = pK^a

Application 4 : On dose V^b = 300 mL d’ammoniac (pKa = 9,2) par une solution d’acide chlorhydrique de concentration c^a = 0,10 mol.L^-1. A l’équivalence on a versé un volume V^éq = 13,4 mL

a) Ecrire la réaction du dosage

b) Qui est le réactif titrant ? titré ?

c) Quelle relation peut-on écrire à l’équivalence ?

d) Quelle est la concentration de l’ammoniaque ?

(5)

C6 : Dosages Page 5 e) Quel est le pH de la solution lorsque 6,7 mL d’acide chlorhydrique a été versé?

f) Quel est le pH de la solution à l’équivalence ?

g) Quel est le pH initial de la solution ?

Courbe pHmétrique du dosage :

d. Dosage d’un polyacide

Un polyacide est un acide susceptible de libérer plusieurs proton H⁺.

Exemple : H³PO⁴(acide phosphorique) ; H²SO⁴ ; H²C²O⁴ (acide oxalique) ; C⁶O⁷H⁸(acide citrique)

1^ère acidité (pKa¹) H³PO⁴/H²PO^4- (2,1) H²C²O⁴/……… (1,3) C⁶O⁷H⁸/……… (3,1) 2^èmeacidité (pKa²) H²PO^4-/HPO^42- (7,2) ………/……… (4,3) ………/……… (4,8) 3^èmeacidité (pKa³) HPO^42-/PO^43- (12,4) ………/……… (6,4)

Lors d’un dosage on observe deux comportements possibles :

- les pKa sont suffisamment éloigné les uns des autres (écart supérieur à 3) alors on dose chaque acidité l’une après l’autre.

- les pKa sont trop proches les uns des autres (écart inférieur à 3) alors on dose toutes les acidités en même temps.

Exemples : Courbe pHmétrique du dosage de quelques polyacides

(6)

C6 : Dosages Page 6 1^èreéquivalence

V^1éq = ………

visible pK^a2 - pK^a1 > 3

2^ème équivalence V^2éq = ………

visible pK^a3 - pK^a2 > 3

3^èmeéquivalence V^3éq = ………

non visible pKa3 trop proche de 14

1^èreéquivalence V1éq = ………

visible pKa2 - pKa1 > 3

visible pK^a3 pas trop

proche de 14

1^èreéquivalence V^1éq = ………

non visible pK^a2 - pK^a1 < 3

non visible pK^a3 - pK^a2 < 3

3^èmeéquivalence

V3éq = ……… visible

(7)

C6 : Dosages Page 7 Remarque : A chaque demi équivalence (5 mL, 15 mL et 25 mL) on retrouve le pK^a des couples acido- basiques.

3. Les indicateurs colorés

Définition : Un indicateur coloré est un couple acido-basique dont la forme acide et la forme basique ont des colorations différentes.

Lors d’un dosage on ajoute quelques gouttes d’indicateur coloré pour observer l’évolution du pH. Pour bien choisir l’indicateur coloré il faut que la zone de virage contienne le pH équivalent.

Application 5 : lors du dosage d’un acide fort par une base forte le pH à l’équivalence est 7. Quel est l’indicateur coloré le plus approprié pour faire un tel dosage ?

Indicateur coloré Coloration de la forme acide Zone de virage Coloration de la forme basique

Phénolphtaléine incolore 8,1 – 9,8 rose

Bleu de bromothymol jaune 6 – 7,6 bleu

Hélianthine rouge 2,8 – 4,5 jaune

Même question lors d’un dosage de l’acide éthanoïque par une solution de soude.

4. Les solutions tampons a. Définition

Définition : Une solution tampon est une solution dont le pH est très peu sensible à l’ajout d’acide, de base ou d’eau distillée.

Beaucoup de liquides biologiques comme le sang (pH maintenu entre 7,35 et 7,45) ou la salive sont des solutions tampons.

Pour fabriquer une solution tampon de pH donné on choisit un couple acido-basique dont le pKa est proche du pH désiré. Dans une solution tampon la forme acide et la forme basique ont des concentrations presque égales.

b. Pouvoir tampon

Le pouvoir tampon β est une mesure de la variation du pH par ajout d’acide ou de base.

Définition mathématique : 𝛽 = −^𝑑𝑐^{𝑎𝑐𝑖𝑑𝑒}

𝑑𝑝𝐻 =^𝑑𝑐^{𝑏𝑎𝑠𝑒}

𝑑𝑝𝐻 pKa pH

La solution a la coloration de la forme acide

La solution a la coloration de la forme basique

Zone de

virage : la solution a une coloration intermédiaire