TP : Analyse d’une courbe de titrage pH-métrique et critère de choix d’un indicateur coloré pour repérer l’équivalence

Objectifs

  • Montrer que l’équivalence du titrage acido-basique correspond à un point singulier de la courbe pH = f(V), V étant le volume de réactif titrant versé.

Prérequis

Présentation de la démarche

  • Tracer la courbe pH = f(V), V volume de solution d'hydroxyde de sodium versé, pour un volume donné de solution d’acide acétique de concentration molaire connue dans lequel est versée une solution d’hydroxyde de sodium de concentration molaire connue.
  • Calculer le volume versé à l’équivalence à l’aide du tableau descriptif de l’évolution du système.
  • Repérer sur la courbe pH = f(V) le point équivalent, point d’abscisse V = VE.
  • Montrer, à l’aide d’un tableur que le point équivalent est l'extremum de la fonction dérivée = g(V).
  • Exploiter la courbe tracée pour choisir l’indicateur coloré qui convient pour repérer l’équivalence lors d’un titrage “ colorimétrique ” .

Matériel et produits
  • 1 pipette jaugée de 20 mL
  • 1 burette de 25 mL
  • 1 becher de 100 mL
  • 1 poire d'aspiration
  • papier absorbant
  • 1 pH-mètre et ses électrodes
  • 1 ordinateur
  • Solutions tampon
  • Solution d'acide acétique (ou solution d’acide éthanoïque) de concentration molaire connue d'ordre 8,50.10-2 mol.L-1.
  • Solution d'hydroxyde de sodium de concentration molaire 1,00.10-1 mol.L-1
  • Indicateurs colorés

1. Manipulation

Régler le pH-mètre.
Prélever 20,00 mL de solution d’acide acétique par exemple de concentration molaire connue..
Titrer par une solution d’hydroxyde de sodium, et relever les valeurs du pH en vue de tracer la courbe = f(V) (V volume de solution d’hydroxyde de sodium versé).
Tracer la courbe pH = f(V) (V volume de solution d’hydroxyde de sodium versé) au cours de la réaction entre la solution d’acide acétique et la solution d’hydroxyde de sodium.

2. Exploitation des résultats

  1. Écrire l’équation chimique associée à la transformation du système étudié.
  2. Exprimer le quotient de réaction à l’équilibre et calculer la constante d’équilibre de cette réaction.
    Données à 25 °C : CH3CO2H/CH3CO2- pKA = 4,8 pKe = 14.
  3. Déterminer le volume de solution d’hydroxyde de sodium versé à l’équivalence à l’aide du tableau descriptif de l’évolution du système.
  4. Tracer la courbe de dosage et placer sur la courbe le point équivalent, point d’abscisse V = VE. Observer et commenter l’évolution du pH autour de ce point.
  5. Tracer, à l’aide d’un tableur (Regressi ou excel), la fonction , V volume de solution d’hydroxyde de sodium versé.
  6. Donner une définition mathématique du point équivalent.
  7. Vérifier que le point équivalent peut être déterminé par une méthode géométrique.
  8. À l’aide de la courbe et des zones de virage des indicateurs colorés ci-dessous, choisir l’indicateur coloré approprié pour déterminer le volume équivalent.
    Proposer une méthode de titrage de la solution d’acide acétique utilisant cet indicateur coloré, les conditions expérimentales précédemment proposées étant conservées.
    La technique du titrage explicitée en classe de première S est rappelée.

    Zones de virage de quelques indicateurs colorés acido-basiques
    Rouge de méthyle (pKA = 5,0)

    Bleu de bromothymol (pKA = 7,1) :

    Phénolphtaléine (pKA = 9,6) :

    Dans le cas de la phénolphtaléine, qui est un indicateur coloré unicolore, ce n’est pas la zone de virage qui est utilisée mais le pH du début de la zone de virage de la phénolphtaléine ; la valeur de ce pH dépend de la concentration molaire de l’indicateur en solution (une solution diluée passera de l’incolore au rose pour un pH plus élevé) et sa lecture, de l’acuité visuelle de l’expérimentateur.

  9. Vérifier avec le logiciel DosA l'expérience.