TP Chimie. N° 08

Titrage conductimétrique.

Correction

 

   

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 Objectifs :

-   Connaître le principe du dosage.

-   Déterminer la concentration d’une solution d’acide chlorhydrique.

-   Déterminer la concentration molaire

Puis le pourcentage massique en hydroxyde de sodium d’un produit pour déboucher les canalisations.

 

I - Principe du titrage.
II - Titrage d'une solution d'acide chlorhydrique par conductimétrie.
1)- Montage.
2)- La réaction de dosage.
3)- Le titrage.
4)- Exploitation.
III - Titrage d'un produit ménager.

1)- Mode opératoire.

2)- Exploitation.

I- Principe du titrage.

-     Le but du titrage ou d’un dosage est de déterminer la concentration molaire d’une espèce chimique M présente dans un volume donné et précis d’une solution.

-    L’outil de détermination de cette quantité de matière est la réaction chimique :

-    C’est la réaction de dosage.

-    Cette réaction doit être rapide, totale, spécifique et unique.

-    De plus cette transformation doit présenter une caractéristique physique variant au cours du dosage et facilement mesurable, ceci afin de suivre l’évolution du système.

II- Titrage de la solution d’acide chlorhydrique par conductimétrie.

-    La solution aqueuse SA d’acide chlorhydrique utilisée est de concentration CA inconnue.

-    Le but est de la titrer à l’aide d’une solution aqueuse SB d’hydroxyde de sodium.

-    Des volumes de solution aqueuse SB d’hydroxyde de sodium (base) sont ajoutés progressivement dans un volume donné VA de solution aqueuse SA d’acide chlorhydrique.

-    On effectue après chaque ajout une mesure de conductance.

1)- Le montage :

ManipulationRemplir une burette graduée (25 mL) avec une solution aqueuse SB d’hydroxyde de sodium de concentration molaire

-    CB = 5,00 x 10 – 2 mol / L, en prenant le soin de respecter le protocole décrit par le professeur (rinçage, bulle d’air, niveau,…)

-    Avec une pipette jaugée, munie de sa propipette, prélever un volume VA = 20,0 mL de solution aqueuse SA d’acide chlorhydrique à titrer.

-    Les verser dans un bécher de 100 mL. Plonger la cellule conductimétrique et ajouter de l’eau distillée afin d’immerger les électrodes.

-    Ajouter 3 gouttes de B.B.T.

-    Réaliser le montage électrique permettant de mesurer la conductance G de la solution.

-    Placer le bécher sur l’agitateur magnétique et la burette au-dessus du bécher, de façon à ce que la solution qu’elle contient puisse s’écouler dans le bécher sans obstacle.

-    Noter la couleur de la solution après chaque ajout.

-    Faire un schéma légendé du montage en indiquant les volumes et les concentrations connus.

CB

0,050

mol / L

Veq

?

mL

VA

20,0

mL

CA

?

mol / L

-    Régler la fréquence du générateur sur 500 Hz, sélectionner le signal sinusoïdal et régler la valeur de la tension U = 1,00 V,

-    Mesurer la valeur de l’intensité I du courant dans le circuit.

RédactionEn déduire la valeur de la conductance G0 de la solution SA d’acide chlorhydrique avant addition de la solution SB d’hydroxyde de sodium.

 

I mA

4,15 mA

U (V)

1,00 V

G mS

4,15 mS

Couleur de la solution

Jaune

2)- La réaction de dosage.

ManipulationAjouter un volume V1 = 1,0 mL de solution SB d’hydroxyde de sodium dans le bécher.

-    Mesurer U et I.

-    Déterminer la valeur de la conductance G1.

-    Noter la couleur de la solution.

RédactionQuels sont les ions présents dans le bécher avant addition de la solution d’hydroxyde de sodium (soude) ?

-   Avant addition de soude, on est en présence d’une solution aqueuse d’acide chlorhydrique.

-   Elle contient les ions oxonium H3O + (aq) et les ions chlorure Cl (aq).

RédactionQuels sont les ions présents dans le bécher après addition de soude ? Y a-t-il eu une transformation chimique ?

RédactionSi oui, quelle est l’équation bilan associée ? De quel type de réaction s’agit-il ?

-   À l’état initial, avant toute réaction, après addition de soude, le mélange réaction comprend :

-   Les ions oxonium H3O + (aq) et les ions chlorure Cl (aq) (acide chlorhydrique)

-   Les ions sodium Na + (aq) et les ions hydroxyde HO (aq) (La soude).

-   On remarque que le mélange réactionnel contient

-   les ions oxonium H3O  + (aq), acide du couple H3O +  / H2O  

-   et les ions hydroxyde HO (aq), base du couple H2O / HO .

-   Il se produit une réaction acido-basique entre les ions oxonium et les ions hydroxyde :

H3O + (aq)     +     HO (aq)         2  H2O

-   Les ions sodium Na + (aq) et les ions chlorure Cl   (aq) ne participent pas à la réaction, ce sont des ions spectateurs.

-   Toutefois, ils assurent la neutralité électrique de la solution.

 

RédactionComment interpréter le fait que la conductance G1 soit plus faible que la conductance G0 ?

λ (H3O +)

3,50 x 10 – 2

S.m 2.mol  – 1

λ (Cl )

7,63 x 10 – 3

S.m 2.mol  – 1

λ (Na +)

5,01 x 10 – 3

S.m 2.mol  – 1

λ (HO )

1,99 x 10 – 3

S.m 2.mol  – 1

 

-  Lors de l’ajout de soude dans la solution d’acide chlorhydrique,

-  il se produit une réaction acido-basique :

-  Il disparaît une partie des ions oxonium H3O + (aq)

et autant d’ions hydroxyde HO (aq).

-  Ces ions réagissent et s’éliminent simultanément

-  Lorsqu’on verse de la soude,

-  on ajoute des ions hydroxyde HO (aq)

-  et autant d’ions sodium Na + (aq) qui ne réagissent pas.

-   Tout se passe comme si les ions oxonium H3O + (aq) avaient été remplacés

par les ions sodium Na + (aq).

-  Comme la conductivité molaire ionique

des ions sodium Na + (aq) (5,01 mS.m 2.mol  – 1) est inférieure

à la conductivité molaire ionique des ions oxonium H3O + (aq) (35,0 mS.m 2.mol  – 1),

-  la conductivité de la solution diminue.

3)- Le titrage :

ManipulationAjouter successivement des volumes de solution de soude égaux à 1,0 mL jusqu’à ce que le volume total ajouté soit V = 17 mL.

-    Après chaque ajout de solution de soude, déterminer la valeur de la conductance G de la solution, noter sa couleur et indiquer le réactif limitant.

RédactionReporter les résultats dans un tableau en notant V (OH ) le volume total de soude versée.

-    Groupe 1 : Tableau de valeurs.

V (OH )  mL

0,00

1,00

2,00

3,00

4,00

5,00

6,00

7,00

8,00

9,00

10,00

11,00

12,00

G  (mS)

8,38

8,15

7,88

7,61

7,41

7,13

6,83

6,64

6,36

6,11

5,88

5,62

5,34

Couleur

J

J

J

J

J

J

J

J

J

J

J

J

J

V (OH )  mL

13,00

14,00

15,00

16,00

17,00

18,00

19,00

20,00

21,00

22,00

23,00

24,00

25,00

G  (mS)

5,08

4,84

4,53

4,21

3,93

3,57

3,28

2,96

3,33

3,56

3,76

3,91

4,04

Couleur

J

J

J

J

J

J

J

J

B

B

B

B

B

 

-    Groupe 2 : Tableau de valeurs.

V (OH )  mL

0,00

1,00

2,00

3,00

4,00

5,00

6,00

7,00

8,00

9,00

10,00

11,00

12,00

G  (mS)

10,40

10,40

9,93

9,59

9,30

8,98

8,67

8,30

7,93

7,54

7,13

6,77

6,41

Couleur

J

J

J

J

J

J

J

J

J

J

J

J

J

V (OH )  mL

13,00

14,00

15,00

16,00

17,00

18,00

19,00

20,00

21,00

22,00

23,00

24,00

25,00

G  (mS)

6,04

5,68

5,45

5,02

4,65

4,22

3,77

3,38

3,58

3,68

3,96

4,22

4,44

Couleur

J

J

J

J

J

J

J

J

B

B

B

B

B

 

4)- Exploitation :

RédactionTracer sur une feuille de papier millimétré le graphe des variations de G en fonction de V (OH ).

-    Graphe du groupe 1 :

-    Graphe du groupe 2 :

RédactionDécrire la courbe obtenue.

RédactionLe graphe fait apparaître un point singulier, dont l’abscisse est notée Veq. Quelle est la valeur de Veq ?

-  Pour : 0,0 mL ≤  V (OH ) ≤  20.0 mL, les points sont sensiblement alignés.

-  Le coefficient directeur du segment de droite obtenue est négatif.

La conductance diminue.

-  Pour : 20.0 mL ≤  V (OH ) ≤  25.0 mL, les points sont sensiblement alignés

-  Le coefficient directeur du segment de droite obtenue est positif.

La conductance augmente.

-  L’abscisse du point d’intersection des deux segments de droite : Veq 20,0 mL.

   

Interprétation :

-  Avant l’équivalence, la solution est jaune : elle est acide, il y a des ions oxonium H3O + dans le bécher.

-  Seulement une partie des ions oxonium H3O + a réagi.

Par contre tous les ions hydroxyde OH ont réagi.

-  Les ions hydroxyde OH constituent le réactif limitant et la conductance diminue.

-  Après l’équivalence, la solution est bleue, elle est basique. Il y a des ions hydroxyde OH dans le bécher.

-  Tous les ions oxonium H3O + ont réagi.

Les ions oxonium H3O + constituent le réactif limitant.

-  Tout se passe comme si on ajoutait des ions hydroxyde OH  et des ions sodium Na + dans la solution :

La conductance augmente.

 

Rédaction Pour quel volume approximatif de soude versée y a-t-il eu changement de couleur de la solution ?

 

ʘ  L’équivalence :

-    L’équivalence dans un titrage correspond au changement de réactif limitant.

-    A l’équivalence, il n’y pas de réactif limitant : tous les réactifs ont réagi.

ʘ  A l’équivalence, les réactifs ont été mélangés dans les proportions stœchiométriques

définies par les coefficients de la réaction.

RédactionCalculer la quantité de matière neq (OH ) des ions hydroxyde versé à l’équivalence.  

-   Quantité de matière neq (OH ) des ions hydroxyde versé à l’équivalence :

[OH ] =

5,00 x 10 2

mol / L

Veq =

20,0

mL

neq (OH ) =

1,00 x 10 – 3

mol

 

RédactionSachant qu’à l’équivalence, tous les ions hydroxyde OH (aq) introduits dans le bécher ont réagi avec tous les ions oxonium H3O + (aq), initialement présents dans le bécher,

-    déterminer la quantité de matière ni (H3O +)  des ions oxonium initialement présents dans le bécher.

RédactionEn déduire la valeur de la concentration CA de la solution aqueuse SA d’acide chlorhydrique utilisée.

 

-   À  l’équivalence, ni (H3O +) = neq (OH )

ni (H3O +) = CA . VA

neq (OH ) = CB . V eq

C AC B .

V eq 


V A

 -   Groupe 1 :

C B

0,050

mol / L

Veq

20,00

mL

n (H3O +)

1,00E-03

mol

VA

20,0

mL

CA

0,050

mol / L

-   Groupe 2 :

CB

0,050

mol / L

Veq

20,40

mL

n (H3O +)

1,02E-03

mol

VB

20,0

mL

CA

0,051

mol / L

 

Rédaction Faire un tableau d’avancement pour VB = 5,0 mL, VB = Veq  et VB = 25  mL 

Équation

H3O + (aq)

+   HO (aq)

2 H2O (ℓ)

 

Na + (aq)

Cl (aq)

État du système

Avanc.

mmol

mmol

 

excès

 

mmol

mmol

État initial (mol)

x = 0

n1 = CA . VA

n2 = CB . VB

excès

 

CB. VB

CA. VA

1,00

0

 

 

 

0

1,00

Au cours de la

transformation

x

CA. VA   x

CB . VB  –  x

excès

 

 

 

État final

x = xmax

CA . VA  – xmax

CB . VB  –  xmax

 

excès

 

 

 

État pour

VB = 5,0 mL

xmax =0,25

1,00 – 0,25

= 0,75

0,25 - 0,25

 = 0

 

excès

 

0,25

1,00

Equivalence

VB = V eq

xmax = 1,00

1,00 – 1,00

 = 0

1,00 – 1,00

 = 0

 

excès

 

1,00

1,00

État pour

VB = 25 mL

xmax = 1,00

1,00 – 1,00

 = 0

1,25 – 1,00

= 0,25

 

excès

 

1,25

1,00

III- Titrage d’un produit ménager.

-    L’objectif de ce titrage est de vérifier les indications portées sur l’emballage du produit ménager.

1)- Mode opératoire.

a)- Préparation :

 

Produit corrosif :

il faut utiliser les gants 

et 

les lunettes

 

·  Relever les indications portées sur la bouteille et lire les consignes de sécurité. Le fabricant donne le pourcentage massique, le noter sur la feuille.

 

·  La solution commerciale S est trop concentrée, il faut la diluer 50 fois. On dispose d’une solution S1 obtenue après avoir dilué 10 fois la solution commerciale S. Il faut effectuer une autre dilution sur la solution S1.

 

·  Indiquer le mode opératoire de la dilution à faire pour préparer un volume V = 250 mL de la solution finale S2.

 

-    Mode opératoire de la dilution (5 fois) à faire pour préparer un volume V2 = 250 mL de la solution finale S2.

 

-    Préparation de la solution à doser :

S1

{

C1

Dilution

S2

{

C2C1 / 5

V1 = 50,0 mL

V2 = 250 mL

n1  = C1 . V1

 

n2  = C2 . V2

Solution mère

 

Solution fille

 

-    Au cours de la dilution, il y a conservation de la quantité de matière de soluté :

-    n1  = n2     =>     C1 . V1 = C2 . V2  

Première étape :

Verser suffisamment de 

solution Mère dans un bécher

Deuxième étape :

On prélève le volume nécessaire 

de solution Mère à l’aide d’une

fiole jaugée de 50 mL

Troisième étape :

On verse le volume nécessaire de

 solution dans la fiole jaugée de

 volume approprié.

On ne pipette jamais directement dans le flacon qui contient la solution Mère

 

Quatrième étape :

On ajoute de l’eau distillée et on agite pour

 mélanger et homogénéiser

Cinquième étape :

On complète avec une pissette

 d’eau distillée jusqu’au trait de jauge.

Sixième étape :

on agite pour homogénéiser. 

La solution est prête.

 

b)- Dosage :

-    On remplit une burette graduée (25 mL) avec une solution aqueuse SA d’acide chlorhydrique de concentration molaire CA = 1,00 x 10 – 1 mol / L. 

-    Avec une pipette munie de sa propipette, on prélève un volume V2 = 10,0 mL de solution S2.

-    On les verse dans un bécher propre, puis on plonge la cellule conductimétrique.

-    On ajoute de l’eau distillée afin d’immerger les électrodes, 3 gouttes de B.B.T  et un barreau aimanté.

-    On réalise le montage électrique permettant de mesurer la conductance G de la solution.

-    On ajoute successivement des volumes de solution SA d’acide chlorhydrique égaux à 1,0 mL jusqu’à ce que le volume total ajouté soit V = 25 mL.

-    Après chaque ajout, on détermine la valeur de la conductance G de la solution.

-    On donne le tableau de valeurs :

VA (mL)

0,00

1,00

2,00

3,00

4,00

5,00

6,00

7,00

8,00

9,00

10,0

11,0

G  (mS)

5,12

4,90

4,62

4,40

4,14

3,98

3,79

3,54

3,36

3,20

2,98

2,78

Couleur

B

B

B

B

B

B

B

B

B

B

B

B

VA (mL)

12,0

13,0

14,0

15,0

16,0

17,0

18,0

19,0

20,0

21,0

22,0

25,0

G  (mS)

2,57

2,53

3,08

3,78

4,38

4,92

5,48

5,95

6,57

6,85

7,41

8,48

Couleur

B

B

J

J

J

J

J

J

J

J

J

J

2)- Exploitation :

RédactionFaire le schéma du montage réalisé :

RédactionÉcrire l’équation bilan de la réaction de titrage.

-  Il se produit une réaction acido-basique entre les ions oxonium et les ions hydroxyde :

H3O + (aq)     +     HO (aq)         2  H2O ()

-  Les ions sodium Na + (aq) et les ions chlorure Cl   (aq) ne participent pas à la réaction, ce sont des ions spectateurs.

Toutefois, ils assurent la neutralité électrique de la solution.

 

RédactionTracer sur une feuille de papier millimétré le graphe des variations de G = f {V (H3O +)}.

RédactionDéterminer sur le graphique le point d’équivalence et donner ses coordonnées.

-   Point d’équivalence  E :

-   Geq = 2,4 mS et  Veq = 12,6 mL

 

RédactionÉtablir l’expression littérale de la concentration C2 de la solution S2. Puis celle C de la solution commerciale S. Calculer la valeur de C.

-  A l’équivalence, les réactifs ont été mélangés dans les proportions stœchiométriques

-  A l’équivalence, ni (OH ) = neq (H 3O +

CB . VB = CA . Veq

 

Veq

C2 =  CB  =  

CA . 


 

 

V

 

             

 

12,6

C2 =  CB =

 1,00 x 10 – 1  .


 

10,0

 

C2 =  CB  1,26 x 10 – 1 mol / L 

-  Concentration de la solution S

-  C = 10 C1  = 50 C2  

-  C 6,30 mol / L

 

RédactionLe produit commercial a une densité d = 1,23. Rappeler la définition de la densité d d’un liquide.

-    Comment faire pour déterminer facilement la valeur de la densité d d’une solution au laboratoire ?

-          Détermination de la densité :

    

m' 

d =  


 

m

       

30,75

d


       

25,0

     

d 1,23

 

Rédaction Exprimer, puis calculer le pourcentage massique P en hydroxyde de sodium de la solution du produit commercial.

-  Pourcentage massique :  

C =  

 P  . ρ0 . d 


 

100 M

   

 

100 M . C

P   =


 

ρ0 . d

     

 

100 × 40,0 × 6,30

P   =  


 

1000 × 1,23

   

P     20,5 %

 -    Incertitude relative :

Δ P  

 

| 20,0 −  20,5 |


  


 

20,0

     

Δ P  

 


  2,5 %

 

-  La précision est de 2,5 %.

 

-    Comparer avec la valeur relevée sur la bouteille et conclure.

-   Le fabricant annonce 20 %. La mesure est en accord avec la valeur donnée par le fabricant ceci à 2,5 % près

 

RédactionFaire un tableau d’avancement pour VA = 5,0 mL, VA = Veq  et VA = 20  mL

Équation

H3O + (aq)

+   HO (aq).

2 H2 O (ℓ)

 

Na + (aq)

Cl   (aq)

État du système

Avanc.

mmol

mmol

 

excès

 

mmol

mmol

État initial (mol)

x = 0

n1 = CA. VA

0

n2 = CB . VB

1,26

excès

 

CB. VB

1,26

CA. VA

0

Au cours de la

transformation

x

CA. VA   x

CB . VB  –  x

excès

 

 

 

État final (mol)

x = xmax

CA. VA  – xmax

CB . VB  –  xmax

 

excès

 

 

 

État pour

VA = 5,0 mL

xmax = 0,500

0

Réactif limitant

1,26 – 0,500

 = 0,76

 

excès

 

1,26

0,500

Équivalence

VA = Veq

xmax = 1,26

0

0

 

excès

 

1,26

1,26

Mélange stœchiométrique

État pour

VA = 20 mL

xmax = 1,26

0,74

0

Réactif limitant

 

excès

 

1,26

2,00

 

-   Avant l’équivalence, le réactif limitant est l’ion oxonium H3O + (aq).

-   À l’équivalence, il n’y a pas de réactif limitant.

-   Les réactifs ont été mélangés dans les proportions stœchiométriques.

-   Après l’équivalence, le réactif limitant est l’ion hydroxyde HO (aq).

-   Au cours du dosage, on a changé de réactif limitant.

-   L’équivalence dans un titrage correspond au changement de réactif limitant.