- Relier qualitativement l’évolution des quantités de matière de réactifs et de produits à l’état final à la quantité de solution titrante ajoutée.
- Relier l’équivalence au changement de réactif limitant et à l’introduction des réactifs en proportions stœchiométriques.
- Établir la relation entre les quantités de matière de réactifs introduites pour atteindre l’équivalence.
- Expliquer ou prévoir le changement de couleur observé à l’équivalence d’un titrage mettant en jeu une espèce colorée.
- Réaliser un titrage direct avec repérage colorimétrique de l’équivalence pour déterminer la quantité de matière d’une espèce dans un échantillon.
Principe du titrage
Le titrage est une technique de dosage qui vise à déterminer la concentration d’une solution en une espèce chimique. Pour cela on effectue une réaction chimique qui doit être totale, rapide et unique.
Il existe plusieurs variantes du titrage, selon la façon dont on suit l’évolution de la réaction. Le plus simple est l’observation à l’œil nu par un changement de couleur ou d’apparence de la solution à titrer, mais on peut aussi utiliser des appareils de suivi, comme un pH-mètre ou un conductimètre.
Mise en œuvre pratique
Le titrage se fait avec une burette graduée qui permet d’ajouter un réactif, solution titrante, au goutte-à-goutte dans la solution à titrer (dont on chercher à déterminer la concentration).
On utilisera un tableau d’avancement pour déterminer l’évolution de la réaction et en déduire la concentration de la solution à titrer.
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Déterminer quelle solution titrante utiliser.
Si on veut titrer une solution contenant une entité A de concentration inconnue, on va chercher une solution contenant une entité B qui réagit avec A pour former un (ou plusieurs) produit(s) C (et D…) qui vont faire changer de couleur la solution.
La réaction s’écrira : aA + bB → cC + dD
La réaction choisie étant totale, le changement de couleur aura lieu lorsque les deux réactifs seront en proportions stœchiométriques. Ce sera alors le point d’équivalence.
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Déterminer la méthode de suivi
Si l’entité A réagi avec B en donnant un produit dont la couleur est facilement visible, alors le titrage peut être fait directement avec des solutions contenant A et B.
Souvent il faudra rajouter dans la solution A à titrer un « révélateur » qui permettra de voir le point d’équivalence. Ce révélateur peut être un indicateur coloré de pH si la réaction entre A et B fait varier le pH. Dans ce cas on peut aussi suivre avec un pH-mètre.
Le révélateur peut aussi être une substance E qui réagit avec C ou D pour former une couleur nouvelle nettement visible.
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Déterminer l’équivalence par titrage
Une fois la solution titrante choisie, on écrit le tableau d’avancement de la réaction sous la forme classique vue précédemment :
| Bilan chimique | aA + bB → cC + dD | ||||
| État du système | Avancement
en mol |
quantités de matières en mol | |||
| n (A) | n (B) | n (C) | n (D) | ||
| État initial | = 0 | n0(A) | n0(B) | 0 | 0 |
| État intermédiaire | n0(A) – a | n0(B) – b | 0 + c | 0 + d | |
| État final | = max | n0(A) – a max | n0(B) – b max | c max | d max |
La réaction étant totale, a,b,c et d étant les coefficients stœchiométriques, l’équivalence sera obtenue lorsque A et B auront été introduits dans des proportions stœchiométriques :
Donc \frac{n_0(A)}{a}=\frac{n_0(B)}{b}
Par l’équilibre de l’équation bilan nous connaissons les coefficients stœchiométriques a et b.
n0(B) est déterminé par la relation n = c×V
Concrètement, nous connaissons la concentration c de la solution titrante. Il reste donc à déterminer quel est le volume de la solution contenant B à l’équivalence, donc au changement de couleur.
Avec la burette on verse donc lentement la solution titrante dans la solution à titrer. Il est possible de procéder en deux fois : un premier titrage grossier en versant 1 mL par 1 mL afin de déterminer approximativement le volume d’équivalence. Puis un second titrage, avec de nouvelles solutions titrantes et à titrer, en versant au goutte à goutte lorsqu’on se rapproche du volume déterminé lors du premier titrage.
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Calculer la concentration de la solution à titrer
Une fois le volume à l’équivalence de la solution titrante trouvée, il suffit d’effectuer un simple calcul pour déterminer la concentration de la solution à titrer :
\frac{n_0(A)}{a}=\frac{n_0(B)}{b}\ et\ n=c\times V\ donc\ \frac{c_A\times V_A}{a}=\frac{c_B\times V_B}{b}\Longrightarrow c_A=\frac{a\times c_B\times V_B}{{b\times V}_A}a et b sont les coefficients stoechiométriques de l’équation-bilan. cB est connu, car c’est la concentration de la solution titrante. VA est également connu puisque c’est le volume de la solution à titrer que nous avons choisie et placée dans l’erlenmeyer (ou le bécher) sous la burette. Enfin VB est le volume à l’équivalence déterminé par le titrage.
La technique est donc simple et relativement rapide à mettre en œuvre et la qualité du résultat ne dépend que du soin apporté par l’opérateur qui effectue le titrage.