Sauter à un chapitre clé
- Cet article est consacré au titrage acide-base
- Nous décrirons la définition et la théorie du titrage acide-base
- Ensuite, nous apprendrons la formule permettant de calculer la concentration de l'analyte.
- Nous allons parcourir le processus de titrage et comprendre comment mettre en place et réaliser l'expérience.
- Enfin, nous examinerons les courbes de tit rage et verrons comment elles illustrent ce qui se passe pendant le titrage.
Définition du titrage acide-base
Théorie du titrage acide-base
Avant de nous plonger dans l'expérience elle-même, récapitulons les réactions acido-basiques. Les titrages acide-base reposent sur le fait que le pH d'une solution change lorsqu'un acide et une base réagissent ensemble. Lorsqu'une base est ajoutée, le pH augmente, l'inverse est vrai pour les acides. Lorsque le pH d'une solution est égal à 7, elle se trouve au point d'équivalence, c'est-à-dire au point où la concentration de l'acide est égale à la concentration de la base. La formule de ce point est la suivante :
M1V1 = M2V2
oùM1 est la molarité de la solution 1,M2 la molarité de la solution 2, V1 le volume de la solution 1 etV2 le volume de la solution 2.
Exemple de titrage acide-base
Prenons un exemple :
Il faut 15,2 mL de Ba(OH)2 0,21 M pour atteindre le point d'équivalence avec 23,6 mL de HCl, quelle est la concentration de HCl ?
Nous commençons par écrire notre réaction équilibrée :
$$Ba(OH)_{2\,(aq)} + 2HCl_{(aq)} \rightarrow BaCl_{2\,(aq)} + 2H_2O_{(l)}$$.
Puisque HCl et Ba(OH)2 ont un rapport de 2:1, nous devons en tenir compte dans notre équation :
$$M_{HCl}V_{HCl}=2M_{Ba(OH)_2}V_{Ba(OH)_2}$$
Nous pouvons maintenant introduire nos valeurs. Nous n'avons pas besoin de convertir les mL en L puisque les deux composés utilisent les mêmes unités.
$$M_{HCl}V_{HCl}=2M_{Ba(OH)_2}V_{Ba(OH)_2}$$
$$M_{HCl}(23.6\,mL)=2(0.21\,M)(15.2\,mL)$$
$$M_{HCl}=0.271\NM$$
Voici une autre façon de résoudre ce problème :
$$15.2\,mL*\frac{1\,L}{1000\,mL}*\frac{0.21\,mol}{L}=0.00319\,mol\,Ba(OH)_2$$
$$0.00319\,mol\,Ba(OH)_2*\frac{2\,mol\,HCl}{1\,mol\,Ba(OH)_2}=0.00638\,mol\,HCl$$
$$\frac{0.00638\,mol}{23.6\,mL*\frac{1\,L}{1000\,mL}}=0.270\,M\,HCl$$
Tu peux utiliser la méthode qui te convient le mieux, mais les deux méthodes fonctionnent très bien !
Maintenant que nous connaissons les bases, voyons comment effectuer le titrage.
Procédure de titrage acide-base
Voyons comment nous effectuerions un titrage acide-base en laboratoire. Pour notre première étape, nous devons choisir notre réactif de titrage. Comme il s'agit d'une réaction acide-base, si notre substance à analyser est un acide, le réactif de titrage doit être une base et vice-versa. Nous prenons notre réactif de titrage et le versons dans une burette (un long tube avec un compte-gouttes au fond). La burette est fixée au-dessus d'une fiole qui sera remplie de la substance à analyser (veille à noter le volume du réactif de titrage et de la substance à analyser). La prochaine chose à faire est d'ajouter l'indicateur à la solution analytique.
Un indicateur est un acide ou une base faible qui ne participe pas à la réaction acide-base principale. Lorsqu'il y a un excès de produit de titrage, il réagit avec l'indicateur et il change de couleur. Ce changement de couleur indique le point final de la réaction acide-base.
De nombreux indicateurs changent de couleur à certaines plages de pH. Lorsque tu choisis un indicateur, tu dois en choisir un qui changera de couleur à un pH proche du point final. Voici quelques indicateurs courants :
| Nom | Changement de couleur (de l'acide à la base) | Plage de pH |
| Violet de méthyle | Jaune ↔ Bleu | 0.0-1.6 |
| Orange de méthyle | Rouge ↔ Jaune | 3.2-4.4 |
| Rouge méthyle | Rouge ↔ Jaune | 4.8-6.0 |
| Bleu de bromothymol | Jaune ↔ Bleu | 6.0-7.6 |
| Phénolphtaléine | Incolore ↔ Rose | 8.2-10.0 |
| Thymolphthaléine | Incolore ↔ Bleu | 9.4-10.6 |
Une fois que nous aurons choisi notre indicateur, nous en ajouterons quelques gouttes à notre solution analytique. Ensuite, nous ouvrirons la burette pour que des gouttes du réactif titrant puissent s'écouler. Lorsqu'un éclair de couleur apparaît, nous fermons légèrement la burette pour ralentir l'écoulement. Lorsque la couleur reste plus longtemps, nous la faisons tourner jusqu'à ce qu'elle reprenne sa couleur initiale. Une fois que l'indicateur a changé de couleur et est resté ainsi pendant plusieurs secondes, le titrage est terminé.
L'installation pour le titrage. L'éclaboussure rose est la phénolphtaléine qui commence à changer de couleur, ce qui indique que nous sommes proches du point final. Pixabay
Nous notons le volume final du produit de titrage, puis nous répétons l'expérience plusieurs fois pour plus de précision. Une fois que nous avons notre volume moyen de liquide de titrage utilisé, nous pouvons l'utiliser pour calculer la concentration de l'analyte.
Courbes de titrage acide-base
Les courbes de titrage nous permettent de visualiser ces titrages.
Une courbe de tit rage est un graphique montrant la progression d'un titrage. Elle compare le pH de la solution à analyser avec le volume de titrant ajouté.
Une courbe de titrage peut nous aider à déterminer le volume du réactif de titrage au point d'équivalence. Le point d'équivalence se situe toujours à pH = 7 puisque la solution est neutre lorsque les quantités d'acide et de base sont égales. La forme de la courbe dépend de la force de l'acide/de la base et du fait que l'analyte est un acide ou une base. Prenons un exemple :
30,0 ml de HCl de concentration inconnue sont titrés avec 0,1 M de NaOH, quelle est la concentration de HCl ?
La courbe de titrage de HCl (analyte) et de NaOH (titrant) montre le point d'équivalence et pourquoi la phénolphtaléine est utilisée comme indicateur.StudySmarter Original
Commençons par examiner l'équation de cette réaction :
$$NaOH_{(aq)} + HCl_{(aq)} \rightarrow NaCl_{(aq)} + H_2O_{(l)}$$.
D'après notre formule, il existe un rapport 1:1 entre NaOH et HCl, nous n'avons donc pas besoin de modifier notre formule.
Nous savons d'après notre courbe de titrage qu'il faut 20 ml de NaOH pour atteindre le point d'équivalence, nous pouvons donc introduire ces données dans notre formule :
$M_1V_1=M_2V_2$$.
$$M_{HCl}(30.0\,mL)=(0.1\,M)(20.0\,mL)$$
$$M_{HCl}=0.067\NM$$
Il y a 4 formes différentes possibles pour la courbe lorsqu'un acide est l'analyte. StudySmarter Original
Il existe 4 formes différentes possibles pour la courbe lorsqu'une base est l'analyte. StudySmarter Original.
Tu remarqueras qu'il y a techniquement 4 formes, car les courbes de l'analyte base (en bleu) sont des miroirs des courbes de l'analyte acide (en rouge). Par exemple, la courbe acide faible/base forte de l'analyte acide est l'inverse de la courbe acide fort/base faible. Pour choisir un indicateur, tu dois connaître l'identité du réactif de titrage et de l'analyte ainsi que leurs forces, puis tu peux faire correspondre la paire à la courbe.
Quel indicateur utiliser pour un titrage acide-base où NH4OHest l'analyte et HBr est le réactif de titrage ?
NH4OHest une base, nous choisirons donc l'indicateur de l'image du bas. Il est également considéré comme une base faible, ce qui élimine les courbes du côté gauche. Enfin, HBr est un acide fort, la bonne courbe est donc celle qui se trouve en haut à droite. Ce graphique montre que le point final se situe à un pH d'environ 3,5. Le pH de l'orange méthylique se situe entre 3,2 et 4,4, c'est donc un bon choix pour ce titrage.
Exemples et courbes de titrages acide-base polyprotiques
Les titrages que nous avons étudiés précédemment concernaient tous des acides monoprotiques , mais ces titrages peuvent également être effectués avec des acides polyprotiques . Ce sont des acides qui ont plus d'un proton à donner. Les courbes de titrage de ces acides sont différentes puisqu'il y a plusieurs points d'équivalence : un pour chaque proton donné. Examinons d'abord l'une de ces courbes :
La courbe de titrage d'un acide polyprotique (analyte) avec une base forte montre les différents points d'équivalence pour chaque étape de la réaction. StudySmarter Original
Il se passe beaucoup de choses dans cette courbe, alors décomposons-la morceau par morceau. Commençons par examiner les équations de ces réactions :
$$H_2SO_{3\,(aq)} +NaOH_{(aq)} \rightarrow HSO_{3\,(aq)}^{-} + H_2O_{(l)}+Na^+$$.
$$HSO_{3\,(aq)}^- +NaOH_{(aq)} \rightarrow SO_{3\,(aq)}^{2-} + H_2O_{(l)}+Na^+$$$
L'acide sulfureux, H2SO3, a 2 protons qu'il peut donner, il a donc deux points d'équivalence, comme le montrent les cercles sur le graphique. Leurs équations sont :
$$[HSO_3^-]=[NaOH]\N-(point d'équivalence 1)}$$.
$$[SO_3^{2-}]=[NaOH]\,\,\text{(point d'équivalence 2)}$$.
Les autres points clés de ce graphique sont les points de demi-équivalence, des triangles sur le graphique. Ils correspondent au moment où la concentration de l'acide est égale à la concentration de sa base conjuguée. Leurs équations sont :
$$[H_2SO_3]=[HSO_3^-]\,\N-text{(point de demi-équivalence 1)}$$
$$[HSO_3^-]=[SO_3^{2-}]\,\,\text{(half-equivalence point 2)}$$
Une chose à noter est que les acides polyprotiques sont toujours des acides faibles. Comme tu peux le voir sur le graphique, l'acide s'affaiblit au fur et à mesure qu'il perd des protons, de sorte que le "pic" au point d'équivalence devient plus petit. Mais qu'en est-il si notre substance à analyser est une base ?
La courbe de titrage d'une base qui devient un acide polyprotique. Cette courbe est un miroir de la courbe de l'analyte de l'acide polyprotique. StudySmarter Original
Dans cette réaction, Na2SO3 est notre base. Examinons les réactions :
$$Na_2SO_{3\,(aq)} + HCl_{(aq)} \rightarrow NaHSO_{3\,(aq)}^- + NaCl_{(aq)}$$$.
$$NaHSO_{3\,(aq)}^- + HCl_{(aq)} \rightarrow H_2SO_{3\,(aq)} + NaCl_{(aq)}$$$
Ainsi, au lieu d'avoir un acide polyprotique qui donne plusieurs protons, nous avons une base qui gagne ces protons pour former l'acide polyprotique. Elle peut le faire car le HCl est un acide beaucoup plus fort que leH2SO3.
Titrage acide-base - Principaux enseignements
- Un titrage acide-base consiste à ajouter une substance dont la concentration est connue(réactif de titrage) à une substance dont la concentration est inconnue(analyte) afin de déterminer la concentration de cette substance.
- Nous pouvons utiliser la formule \(M_1V_1=M_2V_2\) pour calculer la concentration de la substance inconnue.
- Un indicateur est un acide ou une base faible qui réagit avec l'excès de titrant et change de couleur. Ce changement de couleur indique le point final de la réaction.
- Nous utilisons les courbes de titrage pour visualiser un titrage.
- Les acides polyprotiques présentent plusieurs points d'équivalence (égaux au nombre de protons) lorsqu'ils sont titrés.
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Questions fréquemment posées en Titration acido-basique
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