Transcript TP2 - dosages acide-base - correction

TP2 - dosages acide-base - correction
DAEU B – avril 2014
Les résultats présentés ici correspondent à un Véquiv ≈ 14 mL. Pour l’année 2014, ce Véquiv est plutôt
aux alentours de 11 mL.
Matériel disponible
Verrerie et appareils de mesure
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



1 pH-mètre avec sonde de pH
1 conductimètre avec sonde
conductimétrique
1 agitateur magnétique + barreau aimanté
1 burette de 25 mL sur son support
1 fiole jaugée de 100 mL





1 fiole jaugée de 50 mL
1 pipette de 10 mL
1 pipette de 25 mL
2 béchers de 100 mL
2 béchers de 250 mL
Réactifs chimiques





–1
solution de HCl à environ 0,1 mol.L
–1
solution de NaOH à 0,50 mol.L
–1
solution de NaOH à 0,10 mol.L
–1
solution de NaOH à 0,020 mol.L
vinaigre blanc (à environ 8°, soit
environ 8 g pour 100 mL)

o
o
o
o
indicateurs colorés :
héliantine (Zone de virage = 3,1 – 4,4)
indicateur coloré mixte (4,4 – 5,8)
BBT (6,0 – 7,6)
phénolphtaléine (8,2 – 10)
Travail à réaliser
1. Dosage conductimétrique d'un acide fort (HCl à environ 0,1 mol.L–1) par une
base forte
Donnez l'équation de la réaction de dosage
+
–
La réaction de dosage est : NaOH + HCl  H2O + Na + Cl
–
+
NB : on peut aussi l'écrire : HO + H3O  2 H2O
Mode opératoire :
Les mesures de conductimétrie se font dans une solution (homogène) sans agitation


Préparation du dosage
–1
o Rincer la burette avec la solution de soude à 0,10 mol.L
–1
o Remplir la burette avec la solution de soude à 0,10 mol.L
o Ajuster la burette au zéro
o Rincer le bécher de 250 mL avec de l'eau
o Rincer la pipette de 10 mL avec la solution de HCl
o Prélever 10 mL de solution de HCl avec la pipette et les mettre dans le bécher de 250 mL
o Ajouter le barreau aimanté dans le bécher de 250 mL et le placer sur l'agitateur
magnétique
Mise en place du système de mesure
o Ajouter environ 100 mL d'eau distillée dans le bécher de 250 mL (pour que la sonde
puisse être immergée dans la solution à mesurer)
L’eau ajoutée dilue le système et modifie donc les valeurs de conductivité mesurées. Cependant, elle ne
modifie la quantité de matière d’acide initialement présent et donc ne modifie pas la valeur du volume
équivalent.

o Placer la sonde de conductimétrie dans le bécher de 250 mL
Réalisation du titrage
Répéter les actions suivantes jusqu'à avoir ajouté environ 2xVéquiv. de solution de soude
o

Agiter la solution dans le bécher de 250 mL pendant quelques secondes de façon à
homogénéiser la solution contenue dans le bécher
o Arrêter l'agitation
o Faire une mesure de la conductivité de la solution avec le conductimètre
o Ajouter 1 mL de solution de soude grâce à la burette
Tracer le graphe obtenu σ = f(VNaOH ajouté) sur une feuille de papier millimétré
–
+
La courbe sera décroissante jusqu’au point équivalent : captation des H3O de l’acide par les OH
ajoutés et donc baisse de la conductivité.
–
La courbe sera croissante après le point équivalent : ajout d’OH sans réaction chimique ultérieure et
donc augmentation de la conductivité.
Les deux parties sont quasiment des droites (la dilution est quasi négligeable) car la conductivité varie
linéairement en fonction des concentrations d’ions en solution.


Déterminer graphiquement le volume équivalent
Déterminer ci-dessous la concentration de la solution initiale de HCl en détaillant les calculs
Le tracé de la courbe σ = f(VNaOH ajouté) et des deux droites modélisant cette courbe permet de déterminer
le volume équivalent à l'intersection des deux droites : Véquiv = 13,9 mL
Dans la réaction de dosage, les nombres stœchiométriques des réactifs sont égaux à 1. On a donc à
l'équivalence : 1.n(HCl) = 1.n(NaOH)
Soit : C(HCl) x V(HCl) = C(NaOH) x V(NaOH)
C(HCl) est l'inconnue : c'est la concentration que l'on cherche à déterminer par le titrage.
–2
V(HCl) est le volume d'acide incorporé au départ, soit 10 mL = 10 L
–1
C(NaOH) est la concentration de la solution de soude titrante : 0,10 mol.L
–3
V(NaOH) est le volume de soude ajouté = Véquiv = 13,9 mL = 13,9.10 L
–3
–2
–1
On a lors : C(HCl) = 0,10 x 13,9.10 / 10 = 0,139 mol.L
5,5
Dosage de 10 mL de solution de HCl
par de la soude à 0,10 mol.L-1
Conductivité (mS.cm-1)
5
4,5
4
3,5
3
y = 0,1561x - 0,9045
y = -0,276x + 5,1441
2,5
2
1,5
1
0
5
10
15
V(NaOH) ajouté (mL)
20
25
2. Dosage d'un acide fort (HCl) par une base forte par pH-métrie
Donnez l'équation de la réaction de dosage
+
–
La réaction de dosage est : NaOH + HCl  H2O + Na + Cl
Mode opératoire :
Les mesures de pHmétrie se font dans une solution avec agitation



Préparation du dosage : se reporter à la manipulation 1
Mise en place du système de mesure
o Ajouter environ 100 mL d'eau distillée dans le bécher de 250 mL
o Placer la sonde de pHmétrie dans le bécher de 250 mL
Réalisation du titrage
o Mettre en route l'agitateur magnétique dans le bécher
Répéter les actions suivantes jusqu'à avoir ajouté environ 2xVéquiv. de solution de soude
o
o



Prendre la mesure du pH de la solution avec le pHmètre
Ajouter x* mL de solution de soude grâce à la burette (* le volume de soude à ajouter
dépend de la forme de la courbe de pH : lorsque le pH varie peu –courbe plate– ajouter 1
mL ; lorsque le pH varie plus, ajouter 0,5 mL ; lorsque le pH varie fortement –saut de pH–
ajouter 0,2 mL).
Tracer le graphe obtenu pH = f(VNaOH ajouté) sur une feuille de papier millimétré
Déterminer graphiquement le volume équivalent
Déterminer ci-dessous la concentration de la solution initiale de HCl en détaillant les calculs
Le tracé de la courbe pH = f(VNaOH ajouté) permet, par la méthode des tangentes d'obtenir la position du
point équivalent : Véquiv = 14,45 mL et pH ≈ 7
La réaction de dosage est la même que pour la manipulation précédente et on peut donc faire les
mêmes calculs :
–3
–2
–1
C(HCl) = 0,10 x 14,45.10 / 10 = 0,1445 mol.L
14
Dosage de 10 mL de solution de HCl
par de la soude à 0,10 mol.L-1
12
10
pH
8
6
4
2
0
0
5
10
15
V(NaOH ajouté) (mL)
20
25
3. Dosage d'un acide fort (HCl) par une base forte par colorimétrie
Donnez l'équation de la réaction de dosage
+
–
La réaction de dosage est : NaOH + HCl  H2O + Na + Cl




Préparation du dosage : se reporter à la manipulation 1
Mise en place du système de mesure
o ajouter quelques gouttes de l'indicateur coloré le mieux adapté : BBT dont la zone de
virage est autour de pH=7 (cf. courbe de dosage précédente)
Réalisation du titrage
o Mettre en route l'agitateur magnétique dans le bécher
o Ajouter la solution de soude grâce à la burette jusqu'à obtenir le virage de l'indicateur
coloré (ajouter d'abord rapidement, puis goutte à goutte à l'approche du volume
équivalent)
Déterminer ci-dessous la concentration de la solution initiale de HCl en détaillant les calculs
Le changement de coloration avec maintient de la teinte basique bleue du BBT se produit pour le
volume équivalent : Véquiv = 14,6 mL
La réaction de dosage est la même que pour les manipulations précédentes et on peut donc faire les
mêmes calculs :
–3
–2
–1
C(HCl) = 0,10 x 14,6.10 / 10 = 0,146 mol.L
4. Dosage d'un acide faible (acide éthanoïque du vinaigre) par une base forte
Donnez l'équation de la réaction de dosage
+
CH3COOH + NaOH  H2O + Na + CH3COO
–
Pour savoir comment effectuer la préparation du dosage, il y a quelques calculs préliminaires à faire.
Il faut en effet avoir une idée du volume équivalent que l'on va obtenir.
Pour un vinaigre à environ 8° on a environ 8 g d'acide éthanoïque pour 100 mL de vinaigre, soit une
–1
concentration approximative en CH3COOH de 80 g.L
–1
M(CH3COOH) = 12x2 + 16x2 + 4 = 60 g.mol
–1
C(CH3COOH) ≈ 80 / 60 = 1,33 mol.L
–2
Cette concentration est élevée : si on prélèvait 10 mL de vinaigre, cela correspondrait à 10 x 1,33 =
–2
1,33.10 mol
–1
Pour doser cette quantité d'acide avec NaOH à 0,10 mol.L selon la réaction de dosage ci-dessus, on
devrait trouver un volume équivalent tel que :
n(CH3COOH) = n(NaOH)
–2
1,33.10 = 0,10 x Véquiv
Soit Véquiv = 133 mL !! Soit bien plus qu'une burette de 25 mL… pas très pratique.
–1
On pourrait utiliser la solution de soude plus concentrée, à 0,50 mol.L
–2
On aurait alors un volume équivalent Véquiv = 1,33.10 / 0,5 = 26,6 mL. Là aussi, ce volume est supérieur à
celui de la burette.
–1
Nous aurions donc besoin d'une solution de soude à 1 mol.L , ce que nous n'avons pas (et il n'y a pas de
méthode expérimentale simple pour concentrer une solution, surtout si on veut contrôler sa concentration).
La seule solution est de doser moins de vinaigre. Or la plus petite pipette à notre disposition est celle de 10
mL. Il faut donc diluer au préalable le vinaigre. Par exemple on peut diluer 10 fois le vinaigre pour obtenir
–1
une solution de CH3COOH à environ 8 g.mol . Si on prélève 10 mL de cette solution, on pourra faire un
–1
dosage avec la solution de soude à 0,1 mol.L (avec pour avantage de ne pas avoir à rincer la burette
puisqu'elle contenait déjà cette solution). Dans ces conditions, on s'attend à avoir un volume équivalent
autour de 13,3 mL.




Préparation du dosage
–1
o Rincer la burette avec la solution de soude à 0,10 mol.L
–1
o Remplir la burette avec la solution de soude à 0,10 mol.L
o Ajuster la burette au zéro
o Rincer le bécher de 250 mL avec de l'eau
o Ajouter une quantité adaptée de vinaigre dans le bécher de 250 mL. A détailler cidessous :
 Rincer la pipette de 10 mL avec le vinaigre
 Prélever 10 mL de vinaigre et les délivrer dans une fiole jaugée de 100 mL
préalablement rincée à l'eau
 Ajuster la fiole jaugée au trait de jauge avec de l'eau
 Homogénéiser. On vient de faire une dilution au dixième du vinaigre.
 Rincer la pipette de 10 mL avec la solution diluée de vinaigre
 Prélever 10 mL de solution diluée de vinaigre avec la pipette et les mettre dans le
bécher de 250 mL
o Ajouter le barreau aimanté dans le bécher de 250 mL et le placer sur l'agitateur
magnétique
Mise en place du système de mesure
o ajouter quelques gouttes de l'indicateur coloré le mieux adapté : phénolphtaléïne dont la
zone de virage est autour de pH=9 (cf. courbe de dosage donnée ci-dessus)
Réalisation du titrage
o Mettre en route l'agitateur magnétique dans le bécher
o Ajouter la solution de soude grâce à la burette jusqu'à obtenir le virage de l'indicateur
coloré (ajouter d'abord rapidement, puis goutte à goutte à l'approche du volume
équivalent attendu grâce aux calculs initiaux)
Déterminer ci-dessous la concentration de la solution d'acide acétique contenue dans la bouteille
commercial de vinaigre (détaillez vos calculs). Comparez avec l’étiquette :
Le changement de coloration avec maintient de la teinte basique rose de la phénolphtaléine se produit
pour le volume équivalent : Véquiv = 14,9 mL
+
–
La réaction de dosage est : CH3COOH + NaOH  H2O + Na + CH3COO
On voit que les nombres stœchiométriques des réactifs sont égaux à 1.
On a donc à l'équivalence : 1.n(CH3COOH) = 1.n(NaOH)
Soit : C(CH3COOH) x V(CH3COOH) = C(NaOH) x V(NaOH)
–3
–2
–1
On a lors : C(CH3COOH) = 0,10 x 14,9.10 / 10 = 0,149 mol.L
Attention : cette concentration est celle du vinaigre dilué : c'est bien les 10 mL de vinaigre dilué que
nous avons titré.
Or nous voulons la concentration du vinaigre de la bouteille commerciale. Il faut donc multiplier par 10
–1
(facteur de dilution) la valeur obtenue : C(CH3COOH) = 0,149 x 10 = 1,49 mol.L
–1
Ceci correspond à c(CH3COOH) = 1,49 x 60 = 89,4 g.L , soit un vinaigre à environ 9°, de concentration
supérieure à celle annoncée sur l’étiquette !