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Cours

P.66-68

Chapitre 3

Cours

1. Titre massique et densité

2. Titrage avec suivi pH-métrique

3. Titrage avec suivi conductimétrique

1
Titre massique et densité (⇧)

A
Masse volumique d'une solution

Sur les étiquettes des flacons stockés dans le laboratoire de chimie se trouvent plusieurs informations : la formule chimique, la densité, le pourcentage massique ainsi que les pictogrammes de sécurité.

La masse volumique

ρ

d'une solution est définie par la relation :

ρ = \frac{m _{solution}}{V _{solution}}

ρ

: masse volumique de la solution (g·L^-1)

m_{solution}

: masse de la solution (g)

V_{solution}

: volume de la solution (L)

La densité

d

de la solution est définie par la relation :

d = \frac{ρ}{ρ _{eau}}

d

: densité de la solution

ρ_{eau}

: masse volumique de l'eau (g⋅L^-1)

B
Titre massique en soluté

Le titre massique d’une solution commerciale traduit sa teneur en soluté. Elle peut être exprimée en (g·L^-1), correspondant à la concentration en masse

γ

γ = \frac{m _{solut \overset{e}{ˊ}}}{V _{solution}}

γ

: concentration en masse de soluté (g·L^-1)

m_{solut \overset{e}{ˊ}}

: masse de soluté (g)

Cependant, le titre massique peut parfois être exprimé sans unité ou en pourcentage (%) et correspondre alors au rapport entre deux grandeurs qui s’expriment dans la même unité :

t = \frac{m _{solut \overset{e}{ˊ}}}{m _{solution}}

t

: titre massique

C
Lien avec la concentration en soluté

Dans le cas où le titre massique correspond à la concentration en masse

γ

, la concentration

c

, exprimée en (mol·L^-1), est définie par :

c = \frac{γ}{M _{solut \overset{e}{ˊ}}}

c

: concentration en quantité de matière (mol·L^-1)

M_{solut \overset{e}{ˊ}}

: masse molaire du soluté (g·mol^-1)

Si le titre massique

t

est exprimé sans unité ou en pourcentage (%) :

c = \frac{t \cdot d \cdot ρ _{eau}}{M _{solut \overset{e}{ˊ}}}

c

: concentration en quantité de matière (mol·L^-1)

t

: titre massique

d

: densité de la solution

ρ_{eau}

: masse volumique de l'eau (g·L^-1)

M_{solut \overset{e}{ˊ}}

: masse molaire de soluté (g·mol^-1)

Doc. 1
Étiquette d'un flacon

Étiquette d'un flacon, acide chlorhydrique

Éviter les erreurs

➜ Les étiquettes peuvent présenter les volumes en (cm³), en (dm³), en (mL) ou en (L).

➜ Selon les fabricants, le titre massique indiqué sur le flacon peut correspondre à une concentration en masse ou à un pourcentage massique.

➜ Il faut vérifier la cohérence des unités dans lesquelles les différentes grandeurs sont exprimées pour ne pas faire d'erreur dans l’application numérique.

Vocabulaire

Solution titrante

Solution titrée

Solution titrante : solution préparée au laboratoire dont on connaît avec précision la concentration.

Solution titrée : solution analysée dont on cherche la concentration.

Doc. 2
Démonstration

Dans le cas où le titre massique

t

est exprimé sans unité ou en pourcentage (

%

), on a :

⎩ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎨ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎪ ⎧ m_{solut \overset{e}{ˊ}} = t \cdot m_{solution} V_{solution} = \frac{m _{solution}}{ρ} ρ = d \cdot ρ_{eau} n_{solut \overset{e}{ˊ}} = \frac{m _{solut \overset{e}{ˊ}}}{M _{solut \overset{e}{ˊ}}}

On peut donc établir que :

c = \frac{n _{solut \overset{e}{ˊ}}}{V _{solution}}

c = \frac{m _{solut \overset{e}{ˊ}}}{M _{solut \overset{e}{ˊ}} \cdot V _{solution}}

c = \frac{t \cdot m _{solution} \cdot ρ}{M _{solut \overset{e}{ˊ}} \cdot m _{solution}}

c = \frac{t \cdot d \cdot ρ _{e a u}}{M _{s o l u t \overset{e}{ˊ}}}

2
Titrage avec suivi pH‑métrique (⇧)

A
Principe du titrage pH‑métrique

Le titrage avec suivi pH‑métrique est une technique expérimentale qui repose sur une réaction acide-base, appelée réaction support du titrage, et qui permet de déterminer une concentration, une quantité de matière ou une masse.

La réaction support du dosage est totale, rapide et unique.

On introduit dans un vase de dosage un volume

V_{0}

de solution à titrer, un barreau aimanté et la sonde d’un pH‑mètre étalonné. Le tout est placé sous agitation pour assurer l'homogénéisation du mélange.

On verse progressivement la solution titrante, placée dans une burette graduée au‑dessus du mélange, et on suit l’évolution du

pH

pour chaque volume

V

versé.

Supplément numérique

Retrouvez une explication du dosage par titrage en vidéos :

Matthieu Colombel, Laissemoitaider

B
Évolution du système chimique

On étudie la réaction acide‑base qui se produit entre une espèce

A(aq)

(espèce titrée) et une espèce

B(aq)

(espèce titrante). Le tableau d'évolution permet de décrire la composition du système au cours du titrage, pour un volume

V

versé :

À l’équivalence, les réactifs sont introduits dans les proportions stœchiométriques et tous les réactifs sont limitants. On écrit :

\frac{n _{A}}{a} = \frac{n _{B}}{b}

soit

\frac{c _{A} \cdot V _{A}}{a} = \frac{c _{B} \cdot V _{E}}{b}

À partir de cette relation, on peut calculer la concentration, la masse ou la quantité de matière l’espèce

A(aq)

C
Exploitation de la courbe

Au cours d’un titrage mettant en jeu une réaction acide-base, le

pH

varie brusquement à l’équivalence. On parle de saut de

pH

. Il est donc possible de déterminer le volume à l'équivalence graphiquement en utilisant la méthode des tangentes parallèles ou de la dérivée (la dérivée

\frac{d p H}{d V}

atteint un extremum à l’équivalence).
➜ Voir la fiche méthode 17

On détermine le volume à l'équivalence

V_{E}

grâce à la courbe

pH = f (V)

Doc. 3
Schéma du montage

Schéma du montage, titrage avec suivi ph-métrique

Supplément numérique

Retrouvez quelques simulations de titrages avec suivi pH‑métrique avec les courbes associées

Vocabulaire

Dosage

Équivalence

Titrage

Dosage : technique qui permet de déterminer une quantité de matière, une concentration ou une masse dans un mélange (généralement une solution).

Équivalent : état du système atteint lorsque les réactifs ont été introduits dans les proportions stœchiométriques.

Titrage : dosage reposant sur une réaction chimique rapide, totale, unique et mesurable.

Doc. 4
Détermination de $V_{E}$

Détermination de vE, titrage avec suivi pH-métrique

3
Titrage avec suivi conductimètrique (⇧)

A
Principe du titrage conductimétrique

Le titrage avec suivi conductimétrique est une technique expérimentale qui repose sur une réaction chimique au cours de laquelle des ions disparaissent ou apparaissent, ce qui permet de déterminer une concentration, une quantité de matière ou une masse.

Le principe est le même que pour un titrage pH‑métrique, en remplaçant le pH-mètre par un conductimètre étalonné et en mesurant la conductivité

σ

du mélange après chaque ajout de solution titrante.

Il est néanmoins nécessaire de travailler avec un grand volume de solution titrée car l’ajout de solution titrante modifie le volume total du mélange. Cet effet de dilution peut rendre difficile l’exploitation du titrage car il influe sur les mesures de conductivité.

B
Évolution du système chimique

Au cours de la réaction chimique, certaines espèces disparaissent (les réactifs), d’autres apparaissent (les produits), mais d’autres sont spectatrices (présentes initialement et n’intervenant pas dans la transformation ou versées avec la solution titrante sans réagir).

Il est donc nécessaire d’analyser les concentrations de toutes les espèces ioniques présentes dans le mélange pour connaître l’évolution de la conductivité.

L’évolution de la pente de la courbe avant et après l’équivalence dépend de l’évolution des concentrations et donc de la conductivité de tous les ions présents dans le mélange.

C
Exploitation de la courbe

Au cours d’un titrage conductimétrique, la conductivité suit une loi affine. À l'équivalence, on observe cependant une rupture de pente. Il est donc possible de déterminer le volume à l'équivalence graphiquement en cherchant l’abscisse du point de la courbe qui correspond à la rupture de pente.
➜ Voir la fiche méthode 18

Le volume à l'équivalence

V_{E}

est déterminé sur la courbe

σ = f (V)

Supplément numérique

Retrouvez le logiciel Dozzzaqueux à télécharger pour simuler tous types de dosages

Doc. 5
Schéma du montage

Schéma du montage : titrage conductimètre

Pas de malentendu

➜ Au cours d'un titrage avec suivi conductimétrique, la conductivité varie de façon affine, car elle est liée aux concentrations des ions présents dans le mélange. Certains ions sont « spectateurs », ils interviennent dans la conductivité totale. Il faut tenir compte de tous les ions présents pour un volume

V

versé.

Éviter les erreurs

➜ La réaction support du dosage peut être une réaction acide‑base, mais aussi une réaction d’oxydoréduction, une réaction de précipitation, etc.

Doc. 6
Détermination de $V_{E}$

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Cours

1. Titre massique et densité 2. Titrage avec suivi pH-métrique 3. Titrage avec suivi conductimétrique

1Titre massique et densité (⇧)

AMasse volumique d'une solution

BTitre massique en soluté

CLien avec la concentration en soluté

Doc. 1Étiquette d'un flacon

Éviter les erreurs

Vocabulaire

Solution titrante

Solution titrée

Doc. 2Démonstration

2Titrage avec suivi pH‑métrique (⇧)

APrincipe du titrage pH‑métrique

Supplément numérique

BÉvolution du système chimique

CExploitation de la courbe

Doc. 3Schéma du montage

Supplément numérique

Vocabulaire

Dosage

Équivalence

Titrage

Doc. 4Détermination de VE​

3Titrage avec suivi conductimètrique (⇧)

APrincipe du titrage conductimétrique

BÉvolution du système chimique

CExploitation de la courbe

Supplément numérique

Doc. 5Schéma du montage

Pas de malentendu

Éviter les erreurs

Doc. 6Détermination de VE​

1. Titre massique et densité

2. Titrage avec suivi pH-métrique

3. Titrage avec suivi conductimétrique

1
Titre massique et densité (⇧)

A
Masse volumique d'une solution

B
Titre massique en soluté

C
Lien avec la concentration en soluté

Doc. 1
Étiquette d'un flacon

Doc. 2
Démonstration

2
Titrage avec suivi pH‑métrique (⇧)

A
Principe du titrage pH‑métrique

B
Évolution du système chimique

C
Exploitation de la courbe

Doc. 3
Schéma du montage

Doc. 4
Détermination de $V_{E}$

3
Titrage avec suivi conductimètrique (⇧)

A
Principe du titrage conductimétrique

B
Évolution du système chimique

C
Exploitation de la courbe

Doc. 5
Schéma du montage

Doc. 6
Détermination de $V_{E}$