TP n°1
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1. 0 010 0 01 0 015 0 02 0 020 0 03 0 030 50 0 05 0 045 100 0 20 0 045 50 0 075 100 0 12 Page 12 sur 14 ANNEXE 2 Simulations de titrages d acides forts ou de bases fortes Titrage d un acide fort par une base forte Exemple 1 concentration usuelle base forte C 1 mol L C102 3 C nmol l L gende 1 pH f V 2 H30 3 H0 Exemple 2 faible concentration base forte C 10 mol L 10 a molil an C 102 6 L gende 1 pH f V 2 H30 3 H0 Page 13 sur 14 Titrage d une base forte par un acide fort Exemple 1 concentration usuelle Vo 100 mL de base forte Co 1072 mol L acide fort C 1 mol L 1 on a C moli M C10 3 oo L gende 1 pH f V 2 H30 3 H0 Exemple 2 faible concentration Vo 100 mL de base forte Co 107 mol L acide fort C 107 mol L mi e on C lt 109 6 L gende 1 pH f V 2 H0 3 HOT Page 14 sur 142. Introduire les lectrodes dans le becher contenant un peu de solution S et relever le pH Calculer la concentration Coa partir de la mesure de pH Comparer les r sultats des diff rents bin mes Conclure sur la pertinence de votre d termination de Co A 3 Conclusion Une mesure de la conductivit avec un conductim tre n est pas sp cifique d un ion particulier et une mesure du pH avec un pH m tre donne des r sultats trop impr cis pour d terminer la concentration d une solution D autres m thodes comme la spectrophotom trie ne sont pas toujours disponibles C est pourquoi on recourt en g n ral au laboratoire une m thode universelle tr s pr cise pour r aliser un dosage le titrage Page 5 sur 14 B Les titrages d finitions et mise en uvre B 1 Titrage direct par r action unique Le titrage direct d un constituant A dans une solution est une m thode de dosage de A bas e burette gradu e sur l introduction d une quantit connue d un r actif B dans le but de le faire r agir avec A Mode op ratoire commun tous les titrages directs 1 Au moyen d une pipette jaug e munie d une poire propipette pr lever avec grande pr cision un volume Vo de solution doser Le placer dans un becher tr s propre en g n ral forme haute s il y a des lectrodes ou la cellule de conductim trie introduire 2 Introduire d licatement un barreau aimant dans le becher becher for
3. sous L EAU AGIT MEME D SINFECTE Le but de vos titrages est de d terminer avec la plus grande pr cision possible les concentrations C et C en acide chlorhydrique ou en hydroxyde de sodium respectivement Vous pourrez ainsi v rifier les indications figurant sur la bouteille Remarque Il est vrai que pour un d boucheur de WC la d termination au pr s de la concentration de la soude n est pas absolument fondamentale Ces solutions sont choisies ici pour la simplicit de la r action de titrage et conviennent donc tr s bien pour introduire tous les concepts sur les titrages Vous attacherez donc une grande attention la pr cision de votre dosage dans un but de formation La prochaine fois nous doserons l aspirine contenue dans un comprim Dans un laboratoire pharmaceutique la recherche de pr cision est cruciale Page 2 sur 14 Dilution de la solution commerciale En lisant les indications figurant sur les tiquettes on constate que les produits WC analyser sont nocifs et corrosifs Vous vous en seriez dout puisqu il s agit de solutions concentr es d acide fort ou de base forte Pour des raisons de s curit mais aussi de pr cision on souhaite pouvoir assimiler activit s et concentrations des solut s on doit tout d abord diluer la solution commerciale LX En utilisant la verrerie adapt e diluer n fois la solution commerciale avec une grande pr cision Les facteurs de dilution seront
4. Cela a en plus l avantage de les prot ger dans un manchon On parle alors d lectrodes combin es Il ne faut pas oublier que m me peu visibles il y a bien toujours deux lectrodes pour mesurer un pH Compl ter le sch ma suivant et expliquer le principe de la mesure Page 4 sur 14 b 1 C PEHHH L TY CE nn AAAA A A AmA DA Aa At AA Lame UE p T M LE L aa x ELECTRODE DE VERRE ELECTRODE DE REFERENCE ECS Mode d emploi du pH m tre Retirer le capuchon rempli d eau distill e de l lectrode de verre sert maintenir l hydratation de la membrane de verre quand l lectrode n est pas utilis e et le capuchon rempli de solution satur e de KCI de l ECS Rincer l eau distill e et s cher d licatement les lectrodes renouveler chaque fois que l on passe les lectrodes d une solution une autre talonner le pH m tre d abord avec la solution tampon de pH 7 0 standardisation puis avec la solution tampon de pH voisin de la zone autour de laquelle on souhaite avoir les mesures les plus pr cises Introduire les lectrodes dans le becher de mesure forme haute en faisant attention ce que le barreau aimant ne les heurte pas notamment l lectrode de verre la plus fragile Apr s le dosage rincer et s cher les lectrodes et replacer d licatement les capuchons Mesure du pH de votre solution talonner le pH m tre
5. est n cessaire talonner le conductim tre lire la conductivit de la solution talon utilis e dans le tableau fourni la temp rature appropri e introduire la cellule dans la solution talon r gler la constante de cellule Cee pour obtenir l affichage de conductivit souhait Rincer et s cher la cellule 4 Introduire la cellule dans le becher de mesure forme haute en faisant attention ce que le barreau aimant ne la heurte pas Apr s le dosage ou le suivi cin tique rincer et s cher la cellule et replacer d licatement le capuchon pn talonner le conductim tre Introduire la cellule dans un becher forme haute contenant un peu de solution S4 et relever la conductivit Comparer les r sultats des diff rents bin mes Commenter Peut on utiliser la valeur de conductivit que l on a mesur e pour en d duire la concentration Coa Discuter HE A 2 La pH m trie a Principe de fonctionnement Le pH m tre est un voltm tre mesurant la diff rence de potentiel entre deux lectrodes une lectrode de r f rence en g n ral l lectrode au calomel satur e que l on tudiera dans le TP cours sur la potentiom trie lectrode de verre qui est reconnaissable par son extr mit arrondie en verre qui est la partie active de l lectrode Remarque Pour un usage plus pratique il est fr quent que ces deux lectrodes soient rapproch es et rassembl es en une sonde unique
6. n 40 pour le d tartrant n 100 pour le d boucheur valuer la pr cision de votre dilution partir des indications fournies sur la verrerie N B On notera S4 et Sp les solutions obtenues apr s dilution et Coa et Co leurs concentrations respectives en acide chlorhydrique et en soude Remarque Les produits WC que l on tudie ici contiennent galement des agents tensioactifs qui ont des propri t s moussantes On veillera au maximum viter la mousse lors de la dilution des solutions car cela rend difficile l ajustement au trait de jauge Pour cela on ajoutera l eau distill e en la faisant couler doucement le long de la paroi de la fiole jaug e et on agitera tr s d licatement en retournant lentement plusieurs fois la fiole bouch e A Les m thodes de mesure A 1 La conductim trie Les principes de la conductim trie ont t expos s l occasion du cours de cin tique chimique Ils doivent tre parfaitement connus On rappelle ici seulement la description et le mode d emploi de la cellule de conductim trie Tout d abord il faut bien se rappeler qu un conductim tre est un ohmm tre qui mesure la conductance G en Q71 S siemens de la cellule c est dire de l objet constitu par deux plaques parall les de surface S et distantes de plongeant dans la solution aqueuse ohmm tre conductim tre mesure G S surface des plaques cellule de conductim trie plong e d
7. produits Page 6 sur 14 alors le volume V Vp de r actif titrant vers l quivalence ou volume quivalent est tel que par d finition Le titrage repose donc sur la d termination de Vz la plus pr cise possible afin l e CV d en d duire Cy par Co 4 x SB Vo Une telle d termination n cessite videmment que la concentration du titrant C soit connue avec grande pr cision L id al est de pr parer les solutions titrantes juste avant utilisation par dissolution d un talon primaire solide tr s pur stable dans l air anhydre et non hygroscopique de masse molaire lev e ou d faut en v rifiant C avant utilisation en r alisant un titrage du titrant lui m me avec une solution d talon primaire Pour acc der Vp il existe diff rentes m thodes l utilisation d un indicateur color qui vire la fin de la r action de dosage la pH m trie a conductim trie la potentiom trie La potentiom trie sera tudi e l occasion d un prochain TP cours Les trois premi res m thodes sont exploit es dans la partie suivante de ce TP cours B 2 Autres titrages Dans le paragraphe pr c dent on a consid r qu une unique r action support de titrage pouvait avoir lieu entre A et B Mais dans de nombreuses situations il peut se produire plusieurs r actions de titrage soit parce qu il y a plusieurs r actifs A1 A2 susceptibles de r agir avec B soi
8. TP n 6 TP cours Introduction aux titrages Dosage d une solution d acide fort et d une solution de base forte D terminer la concentration d une solution aqueuse en ses divers solut s est d une importance capitale dans de nombreux domaines tels que l analyse m dicale le contr le alimentaire le suivi des r actions en situation industrielle Pour d terminer la concentration d un solut dans une solution on r alise une op ration appel e dosage D finition Le but du dosage d un constituant dans une solution est de d terminer la concentration de la solution en A Il existe diff rentes m thodes pour r aliser un dosage vaporation du solvant puis pes e du r sidu mesures directes pH m trie conductim trie spectrophotom trie Ces m thodes peuvent pr senter des inconv nients soit parce que leur application est limit e un nombre restreint de cas soit parce que leur pr cision est m diocre La m thode universelle pour r aliser un dosage pr cis au laboratoire est le titrage Ce TP cours a pour objet leur tude d taill e Page 1 sur 14 Support exp rimental de ce TP cours Afin de travailler sur des exemples concrets on va proc der au dosage de deux solutions commerciales une solution de d tartrant pour WC qui une solution de d boucheur de canalisation contient une concentration C en acide qui contient une concentration Cp en soude chlorhydrique n na Le e
9. aluer le volume vers Un temps d attente caract ristique de la burette est indiqu sur le corps C est seulement l issue de ce temps que la mesure peut tre effectu e On effectue la lecture de volume au bas du m nisque en maintenant l il face la graduation pour viter l erreur de parallaxe Certaines burettes sont quip es d une bande photophore la lecture est alors plus pr cise En effet l interface air liquide la bande devient plus troite et semble former une pointe La lecture se fait au point de contact des deux pointes On verse ensuite le volume d sir de solution titrante en proc dant par petites fractions pour laisser le temps au drainage le long de la paroi d avoir lieu Le volume vers est lu en suivant la m me proc dure que lors de l ajustement du z ro Une manipulation soigneuse du robinet permet de verser la solution goutte goutte Si une bulle d air est pr sente dans l embout lors du remplissage on doit l en supprimer sous peine de fausser la mesure Pour cela on actionne rapidement le robinet les petits volumes de solution d livr s par coups s accompagnent d un d placement de la bulle qui peut ainsi tre limin e La pr cision est en g n ral indiqu e sur la verrerie titre d exemple voici la pr cision de quelques pipettes et burettes de classe A pipettes jaug es burettes gradu es Capacit mL Tol rances mL Capacit mL Tol rances mL
10. ans la solution d tude distance entre les plaques parall les On peut montrer voir cours de physique que la conductance d un tel objet parall l pip dique a pour expression G o X O o est la conductivit du milieu conducteur ici la solution aqueuse Page 3 sur 14 Ici cause des effets de bord la relation n est qu approximative G o X pet de toutes fa ons S et ne sont pas connues avec pr cision On utilisera donc la relation sous la forme O Cee en mt est appel e la constante de cellule La valeur de la constante de cellule est propre chaque cellule car elle d pend de la dimension exacte des plaques et de leur tat de surface On la d termine par le processus d talonnage du conductim tre partir d une solution de conductivit connue Une fois Cee d termin e l appareil peut afficher directement la conductivit en multipliant la conductance G mesur e par la valeur de Cecel Mode d emploi de la cellule de conductim trie 1 Retirer le capuchon rempli d eau distill e de la cellule de conductim trie sert maintenir l hydratation du platine platin quand la cellule n est pas utilis e 2 Rincer l eau distill e et s cher d licatement la cellule sans passer le papier entre les plaques pour ne pas frotter le platine platin renouveler chaque fois que l on passe la cellule d une solution une autre 3 Si une mesure absolue de conductivit
11. la plus pr cise Le bas du m nisque doit co ncider avec le trait de jauge Pour viter l erreur de parallaxe on effectue la lecture en maintenant le trait de jauge face l il Pour vider la pipette on maintient la pipette verticale et en contact avec le r cipient inclin 45 Ceci permet d viter qu une goutte de liquide ne soit retenue par capillarit l ext rieur de la pointe de la pipette On vide la pipette jusqu ce que le bas du m nisque atteigne le deuxi me trait de jauge Dans le cas d une pipette jaug e un trait on laisse le liquide s couler jusqu la pointe puis on attend quelques secondes pour laisser le temps au drainage le long des parois d avoir lieu Ce temps d attente est caract ristique de la pipette est alors indiqu sur son corps Il reste toujours un petit volume de liquide retenu l int rieur de la pointe Il a t pris en compte lors du jaugeage il ne faut pas l expulser Page 11 sur 14 b la burette gradu e On commence par fixer la burette sur un support adapt qui permet de la maintenir parfaitement verticale Apr s avoir rinc la burette avec la solution on la remplit en d passant la graduation sup rieure Puis on ajuste le z ro en ouvrant le robinet Lorsque la burette se vide il y a toujours un petit volume de liquide qui adh re sa paroi Il faut attendre que ce volume s coule et rejoigne le niveau haut du liquide avant toute lecture sous peine de sur v
12. me haute 3 En fonction de la m thode de d tection de l quivalence utilis e placer les lectrodes appropri es ou la cellule de conductim trie ou quelques gouttes d indicateur color 4 Remplir la burette gradu e de r actif titrant en la pla ant au dessus d un autre becher ajuster le z ro avec CT pr cision 5 Proc der au dosage sous agitation permanente en ajoutant progressivement le r actif titrant volume V variable 6 Exploiter les mesures ou les observations pour d terminer une valeur approch e du volume l quivalence Vp agitateur magn tique La r action chimique qui se produit lorsqu on verse le r actif titrant dans la solution doser s appelle la r action support de titrage ou plus simplement la r action de titrage ou la r action de dosage Pour donner lieu un titrage pr cis la r action de titrage est id alement o quasi totale c est dire que sa constante d quilibre est tr s grande devant 1 K gt 10 estun bon ordre d id e en g n ral o quasi instantan e On appelle quivalence du dosage le point o le volume de r actif titrant vers est tel que les r actifs ont t introduits dans les proportions st chiom triques de la r action de titrage Soient A le constituant doser Co la concentration d terminer et Vo le volume pr lev Soient B le r actif titrant C sa concentration Si la r action de titrage s crit Sa SRB gt
13. n titrante adapt e Pour chacune des deux solutions Indiquer le r actif titrant utilis et crire la r action support de titrage Calculer sa constante d quilibre conclure Etablir la relation entre C et le volume quivalent V4 C 2 Suivi conductim trique a Titrage R aliser le titrage d un volume V 50 0 mL par le r actif titrant de concentration C 0 100 mol L_ en suivant le titrage par conductim trie On introduira le r actif titrant millilitre par millilitre et on rel vera la conductivit apr s chaque ajout b Exploitation Par bilan de mati re de la r action de dosage consid r e comme totale tablir que le trac de o X Vo V f V conduit deux portions lin aires Entrer votre tableau de valeurs V o dans Solwin Tracer la courbe x Vo V f V puis tracer les meilleurs droites avant et apr s l quivalence et d terminer leur quation par r gressions lin aires Imprimer Commenter l alignement des points Comparer les pentes des deux segments obtenus Interpr ter Montrer que les deux segments se coupent th oriquement en V Vz Estimer V et son incertitude 0 en d duire Cp et son incertitude C Commenter Montrer que l talonnage du conductim tre n est pas n cessaire pour une telle d termination de Vp ttt C 3 Suivi pH m trique a Titrage R aliser le titrage d un volume V 50 0 mL par le r actif titrant de concentration C en suivan
14. on homog n ise la solution en retournant et en agitant la fiole bouch e puis on attend que le drainage du liquide le long du col soit complet On peut alors proc der la mise au trait en ajoutant le solvant goutte goutte en prenant soin d homog n iser comme pr c demment chaque nouvel ajout Le bas du m nisque doit co ncider avec le trait de jauge L il est face la graduation pendant la lecture pour viter l erreur de parallaxe Capacit mL Tol rances mL 5 0 02 25 0 04 50 0 05 100 0 08 200 0 15 250 0 15 2 Volume d livr Ex la pipette jaug e et la burette gradu e a la pipette jaug e 4 Pour l aspiration on utilise une propipette que l on enfonce de 1 2 cm avec un mouvement de rotation On vite de pr lever directement la bouteille pour ne pas souiller son contenu On utilise un becher de pr l vement que l on peut au pr alable rincer avec la solution pr lever on peut aussi rincer la pipette avec un peu de solution pr lever Il faut v rifier l absence de bulles dans le liquide ou de mousse sa surface qui fausserait la lecture de volume Pour faire l ajustement au trait de jauge sup rieur on commence par aspirer un exc s de liquide on d passe le trait de jauge puis on vide lentement l exc s Il faut maintenir la pipette verticale hors de la solution en contact avec le becher inclin 45 Cette mani re de proc der la descente est
15. r color appropri Introduire le r actif titrant rapidement en s arr tant environ 1 mL avant l quivalence Ajouter alors goutte goutte jusqu au virage de l indicateur la goutte pr s si possible Utiliser le r sultat de la conductim trie ou de la pH m trie pour savoir partir de quel volume on approche de l quivalence sinon on r alise un premier dosage rapide millilitre par millilitre pour encadrer le virage de l indicateur C 5 Comparaison des m thodes conclusions Rassembler les r sultats obtenus par les diff rentes m thodes valeur de Cp incertitude associ e et donner les avantages et inconv nients de ces m thodes Conclure sur la valeur de Co que vous pouvez tirer de vos titrages En d duire la concentration de l acide fort ou de la base forte dans le d tartrant ou le d boucheur commercial et comparer avec les indications fournies sur la bouteille Page 10 sur 14 La pr cision est en g n ral indiqu e sur la fiole A titre d information voici la pr cision de quelques fioles jaug es de pr cision de classe A ANNEXE 1 Mesurer des volumes avec pr cision 1 Volume contenu In la fiole jaug e On introduit la quantit exacte de solide pes ou de solution diluer avec une pipette jaug e dans ce dernier cas la pointe de la pipette doit tre au contact de la fiole inclin e 45 On remplit ensuite la fiole presque au trait de jauge avec le solvant de dilution et
16. s seuls ces points sont utilis s La m thode de Gran est une m thode de lin arisation qui permet d utiliser tous les points pH f V et d obtenir un bon r sultat pour Vg m me si on n a pas beaucoup de points au voisinage de Vg D duire du bilan de mati re de la r action de dosage de l acide fort que avant l quivalence et que apr s l quivalence Pour le dosage de la base forte la relation est avant l quivalence et apr s l quivalence Tracer l ordinateur les courbes 107P4 x V V f V et 10PATE4 x Vo V f V d terminer l quation des droites de Gran par r gression lin aire Imprimer Montrer que ces droites coupent l axe des abscisses en V x En d duire C Estimer l incertitude exp rimentale Vp et en d duire C Commenter C 4 Utilisation d un indicateur color a Choix de l indicateur Les indicateurs color s sont des mol cules organiques dont les formes acide A et basique B diff rent par leur couleur Chaque indicateur est caract ris par le pK du couple A B les couleurs des formes acide et basique la zone de virage Les donn es concernant les indicateurs acido basiques les plus courants sont rassembl es dans le tableau suivant Couleur de la forme _ Ph nolphtal ine incolore rose 80 99 96 Diagramme de pr dominance du bleu de bromothymol 7 1 m A 6 0 7 6 e zone de virage La zone de virage est la zone de pH o coexistent le
17. s formes acide et basique dans des concentrations du m me ordre de grandeur donc pr sentant une couleur interm diaire Elle est environ situ e entre pK 1 et pKa 1 son positionnement plus pr cis d pend de l intensit relative des couleurs de A et de B Page 9 sur 14 Pour tre utilisable dans la d tection de l quivalence un indicateur color doit virer de pr f rence une goutte pr s de titrant lorsqu on franchit Vp Pour cela la zone de virage doit contenir le pH l quivalence et le saut de pH doit tre tr s net l quivalence pour que la zone de virage soit franchie d une goutte En pla ant la zone de virage sur votre courbe pH f V d terminer l indicateur color choisir lors de votre titrage Notons que l indicateur color doit tre en faible quantit par rapport au r actif doser car une partie du titrant sert doser l indicateur Par exemple si le titrant est la soude le dosage de l indicateur est A HO 2 B H30 ce qui consomme du titrant Cependant la perception nette de la couleur impose que la concentration de l indicateur ne doit pas non plus tre trop faible en g n ral on introduit trois quatre gouttes d indicateur color pour 100 mL de solution ce qui pour des concentrations usuelles ne doit pas entra ner d incertitude sup rieure 1 b Titrage Pr lever un volume Vo 50 0 mL de solution doser et y introduire quelques gouttes de l indicateu
18. t le titrage par pH m trie On introduira le r actif titrant millilitre par millilitre sauf au voisinage de l quivalence o on augmentera nettement le nombre de points par exemple de 0 2 en 0 2 mL et on rel vera le pH apr s chaque ajout Utiliser le r sultat de la conductim trie pour savoir partir de quel volume il faut resserrer les mesures sinon on r alise un premier dosage rapide pour rep rer le saut de pH b Exploitation classique m thode de la d riv e Entrer votre tableau de valeurs V pH dans Solwin Tracer la courbe pH f V sur l cran Afficher la courbe d riv e et d terminer pr cis ment V avec la fonction point mobile Imprimer Rectifier le lissage la main En d duire Co Estimer l incertitude exp rimentale V et en d duire Co Commenter Expliquer l allure de la courbe indiquer quoi correspondent les diff rentes portions pr ciser quoi est quivalente la solution aux points V 0 V z V Vp et V Vp Montrer que pH 7 0 l quivalence point th orique Page 8 sur 14 On retiendra ce r sultat fondamental Lors du dosage d un acide fort par une base forte ou d une base forte par un acide fort le pH l quivalence est de 7 0 c Exploitation par la m thode de Gran La d termination de l quivalence avec pr cision par la m thode de la d riv e est tributaire de la prise d un grand nombre de points au voisinage de l quivalence De plu
19. t parce que B peut galement r agir avec des produits form s par la premi re r action de titrage Les r actions de titrage peuvent se produire successivement ou simultan ment nous apprendrons reconna tre diff rentes situations dans une s ance ult rieure o Dans certains cas il n existe pas de r actif B r agissant de mani re satisfaisante avec A ou bien on ne dispose pas de m thode efficace pour d tecter l quivalence Dans ce cas on peut proc der d autres types de titrage que le dosage direct on parle de dosage inverse lorsque la solution de concentration connue est dans le becher et la solution doser est dans la burette dans un titrage indirect on ajoute d abord un exc s d un r actif R qui a pour but de transformer int gralement le r actif doser A en un produit puis c est A que l on titre dans un dosage en retour A r agit d abord quantitativement avec une quantit connue d un r actif R en exc s puis c est l exc s de R que l on titre Page 7 sur 14 C R alisation des titrages Dans cette partie la notation Co pourra d signer Coa lorsqu il s agit du titrage du d tartrant ou bien Cop lorsqu on dose le d boucheur C 1 Pr paration Pour chaque titrage on dosera un pr l vement de volume V 50 0 mL pr cis ment mesur voir ANNEXE de la solution dilu e de d tartrant ou de d boucheur plac dans un becher forme haute La burette sera remplie de la solutio
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