TITRAGE pH-METRIQUE
Problématique : Comment réaliser un dosage d’une solution acide ou basique par mesure du pH, c’est à dire comment déterminer la concentration inconnue d’une solution à partit d’une réaction chimique ?
I Le point d’équivalence
1° l’équivalence
Pour réaliser un dosage d’un acide ou d’une base, on effectue une réaction chimique entre l’acide dosé et une base ou entre la base dosée et un acide.
A l’équivalence les réactifs sont mélangés dans les proportions stœchiométriques.
Dans une réaction acide base les proportions stœchiométriques correspondent à nA = nB, soit CA.VA = CB.VB
La connaissance des volumes et d’une concentration permet de déterminer la concentration cherchée.
2° Repérage expérimental de l’équivalence
On fait réagir une base HO- de concentration connue CB = 20. 10-3 mol.L-1 avec une solution d’acide de volume VA = 20 mL et de concentration CA = 20. 10-3 mol.L-1.
La réaction est CH3COOH(aq) + HO-(aq) = CH3COO -(aq) + H2O.
En mesurant le pH de la solution acide en fonction du volume de base VB versé ( activité 1 p.159 ) on obtient la tableau des variations de pH = f ( VB ) de la page 160. On constate une variation très importante de pH pour le volume VB = 10 mL.
Pour ce volume les quantités de réactifs mélangées sont nA = CA.VA = 2.10-4 mol. et nB = CB.VB = 2.10-4 mol. Il s’agit des proportions stœchiométriques.
Le volume à l’équivalence correspond donc à la variation de pH très importante de la courbe.
3° Caractérisation du point d’équivalence par un dosage pH-métrique
Le point d’équivalence de coordonnées VBE et pHE pour le dosage d’un acide c’est le point de la courbe pH = f ( VB ) pour lequel le coefficient directeur de la tangente passe par un maximum. De même pour le dosage d’une base ( activité 3 p.161 ) c’est le point de coordonnées VAE et pHE de la courbe pH = f ( VA ) pour lequel le coefficient directeur de la tangente passe par un minimum.
On détermine ce point par la méthode des tangentes ( voir p.161 )
ou à partir de la fonction dérivée ( voir p.160 ).
4° Détermination du point d’équivalence par un dosage colorimétrique
On utilise un indicateur coloré qui change de couleur à l’équivalence. Il faut alors utiliser un indicateur dont la zone de virage contient le pH à l’équivalence ( voir p .161 )
III Caractéristiques du dosage
1° Proportions stœchiométriques
nA = nB Û CA VA
= CB VB
Si on dose un acide CB et VA sont connus.
On détermine 
par l’expérience. Et
on calcule 
.
Si on dose une base CA et VB sont connus.
On détermine 
par l’expérience. Et on calcule 
.
2° Taux d’avancement final de la réaction de dosage
La réaction de dosage doit être pratiquement totale, donc son avancement final est proche de 1.
Ce qui correspond à une constante d’équilibre K > 104.
Exemple : p.159 activité 1. CB. VA = 20 mL ; CA = 10 mmol.L-1 ; VB = 5 mL et CB = 20 mmol.L-1 .
CH3COOH(aq)
+ HO-(aq) =
CH3COO -(aq) + H2O
|
t = 0 ; x = 0 |
n°A = CA.VA |
n°B = CB.VB |
0 |
excès |
|
t ¹ 0 ; x = xf |
nfA= CAVA- xf |
nfB= CBVB- xf |
xf |
excès |
t = xf /xmax Le réactif limitant est la base puisqu’on verse l’acide xmax = CBVB = 5 x 20.10-3 = 0,1 mmol.
D’autre part pH = 4,8 à l’équivalence, donc [HO-]f = 10 ( pH – pKe ) = 6,3.10-10 mol.L-1.
Soit nf(HO-) = [HO-]f x (VA+VB) = 1,6.10-11 mol. = 1,6.10-8 mmol..
Donc
xf = 0,1 – 1,6.10-8 = 0,1 mmol. Donc
t
= xf /xmax = 0,1/0,1 = 1