Méthodes chimiques d’analyse
Dosage par titrage, équivalence, suivi pH-métrique, suivi conductimétrique, titrage colorimétrique et composition du système au cours du titrage.
Physique-Chimie – Méthodes d’analyse
En résumé
Un dosage permet de déterminer la concentration d’une espèce chimique en solution. Le titrage est une méthode chimique de dosage qui repose sur une réaction support rapide, totale et unique. L’équivalence correspond à l’instant où les réactifs ont été introduits dans les proportions stœchiométriques.
Ce qu’il faut savoir faire
- Identifier la solution titrée et la solution titrante.
- Écrire la réaction support du titrage.
- Vérifier que la réaction support est rapide, totale et unique.
- Repérer l’équivalence par changement de couleur, saut de pH ou rupture de pente.
- Écrire la relation à l’équivalence en tenant compte des coefficients stœchiométriques.
- Exploiter une courbe de suivi pH-métrique ou conductimétrique.
- Décrire la composition du système avant, à et après l’équivalence.
1. Vu en 1re : les titrages colorimétriques
Un titrage colorimétrique repose sur un changement de couleur permettant de repérer l’équivalence. On utilise généralement un indicateur coloré ou une espèce chimique dont la couleur change lorsque le réactif titré est totalement consommé.
Déterminer une concentration inconnue à partir d’une transformation chimique.
Moment où le réactif titré et le réactif titrant ont été introduits dans les proportions stœchiométriques.
2. L’analyse par une méthode chimique
a. Principe du dosage par titrage
Le titrage permet de déterminer la quantité de matière ou la concentration d’une espèce chimique A présente dans une solution. On fait réagir cette espèce avec une espèce B introduite progressivement depuis une burette graduée.
La réaction support peut s’écrire :
À l’équivalence, les réactifs ont été introduits dans les proportions stœchiométriques :
Si B est la solution titrante de concentration CB, au volume équivalent VE :
b. Conditions d’un titrage réussi
L’évolution doit être quasi immédiate lors de chaque ajout.
Le réactif introduit doit réagir complètement avec l’espèce dosée.
La réaction suivie doit être la seule réaction significative.
3. Les méthodes de suivi d’un titrage
Pour repérer l’équivalence, on suit une grandeur qui varie au cours du titrage : couleur, pH ou conductivité.
a. Suivi colorimétrique
L’équivalence est repérée par un changement de couleur. Cette méthode est pratique lorsque l’une des espèces est colorée ou lorsqu’un indicateur coloré adapté est disponible.
b. Suivi pH-métrique
Dans un titrage acido-basique, on mesure le pH après chaque ajout de solution titrante. Le volume équivalent correspond souvent à un saut de pH. On peut le déterminer par la méthode des tangentes ou par la méthode de la dérivée.
On trace deux tangentes parallèles de part et d’autre du saut de pH, puis une médiane. L’intersection permet de lire VE.
Le volume équivalent correspond au maximum de la dérivée dpH/dV.
c. Suivi conductimétrique
La conductimétrie mesure la conductivité σ de la solution. Elle dépend de la nature et de la concentration des ions présents. Au cours du titrage, la composition ionique change, ce qui modifie la pente de la courbe σ = f(V).
4. La composition d’un système au cours d’un titrage
La composition du système évolue au fur et à mesure que la solution titrante est ajoutée. On distingue trois zones : avant l’équivalence, à l’équivalence et après l’équivalence.
| Moment du titrage | Composition | Interprétation |
|---|---|---|
| Avant l’équivalence | Le réactif titré est encore présent ; le réactif titrant ajouté est consommé. | Le réactif titrant est limitant. |
| À l’équivalence | Les réactifs sont introduits dans les proportions stœchiométriques. | Le changement de comportement de la grandeur suivie permet de repérer VE. |
| Après l’équivalence | Le réactif titré est totalement consommé ; le réactif titrant est en excès. | La grandeur suivie évolue selon la présence du titrant en excès. |
Exploitation quantitative
Pour une réaction aA + bB → produits, si A est titré par B :
Donc, en concentration et volume :
Mots-clés à connaître
méthode chimique d’analysedosagetitragesolution titréesolution titranteburette graduéebécheréquivalencevolume équivalentréaction supportréaction rapideréaction totaleréaction uniqueproportions stœchiométriquesrelation à l’équivalencetitrage colorimétriqueindicateur colorépH-métrieconductimétrieconductivitéméthode des tangentesméthode de la dérivéerupture de pentesaut de pHcomposition du systèmetableau d’avancementréactif limitantréactif en excès
Carte mentale de synthèse
Méthode express
Phrase modèle : À l’équivalence, les réactifs ont été introduits dans les proportions stœchiométriques. Pour la réaction aA + bB → produits, on a n(A)/a = n(B)/b, ce qui permet de déterminer la concentration de la solution titrée.
Erreurs fréquentes
QCM interactif
Clique sur une réponse : la case devient verte si c’est juste, rouge si c’est faux.
1. Un dosage par titrage nécessite…
2. La réaction support d’un titrage doit être…
3. À l’équivalence d’un titrage…
4. Pour une réaction aA + bB → produits, l’équivalence vérifie…
5. Le volume versé à l’équivalence est noté…
6. Un suivi pH-métrique met souvent en évidence l’équivalence par…
7. La méthode des tangentes est utilisée pour exploiter…
8. Un suivi conductimétrique repère l’équivalence par…
9. Dans un titrage colorimétrique, l’équivalence est repérée grâce…
10. Avant l’équivalence, le réactif titré est généralement…
11. Après l’équivalence, le réactif titrant est généralement…
12. Une courbe de titrage conductimétrique permet d’étudier…
Mini-entraînement
Essaie d’abord de répondre seul, puis clique sur Soluce.
Exercice 1
On titre 10,0 mL d’une solution d’acide chlorhydrique par une solution de soude de concentration CB = 0,100 mol·L⁻¹. L’équivalence est atteinte pour VE = 12,5 mL. Déterminer la concentration de l’acide.
Correction : réaction 1:1, donc CAVA = CBVE. CA = 0,100 × 12,5×10⁻³ / 10,0×10⁻³ = 0,125 mol·L⁻¹.
Exercice 2
Pour la réaction 2A + B → produits, écrire la relation à l’équivalence.
Correction : n(A)/2 = n(B)/1. Si A est titré par B : n(A)initial/2 = n(B)versé.
Exercice 3
Dans un titrage pH-métrique, la courbe présente un saut de pH autour de 15,2 mL. Que représente ce volume ?
Correction : ce volume correspond au volume équivalent VE, c’est-à-dire au volume pour lequel les réactifs sont dans les proportions stœchiométriques.
Exercice 4
Pourquoi une courbe conductimétrique peut-elle présenter deux portions de droites de pentes différentes ?
Correction : avant et après l’équivalence, les ions présents en solution ne sont pas les mêmes. Comme la conductivité dépend de la nature et de la concentration des ions, la pente change.
Exercice 5
On titre 20,0 mL d’une solution contenant l’espèce A par une solution B de concentration 0,050 mol·L⁻¹. La réaction est A + 2B → produits et VE = 16,0 mL. Calculer CA.
Correction : à l’équivalence : n(A)/1 = n(B)/2. n(B)=0,050×16,0×10⁻³=8,0×10⁻⁴ mol. Donc n(A)=4,0×10⁻⁴ mol. CA=4,0×10⁻⁴ / 20,0×10⁻³ = 2,0×10⁻² mol·L⁻¹.
Un titrage transforme une observation expérimentale en résultat quantitatif grâce à l’équivalence et à la stœchiométrie.