Titrages et dosages

Introduction

Quelle est la concentration en acide d’un vinaigre ? En vitamine C d’un comprimé ? Pour le savoir, les chimistes utilisent une méthode précise : le titrage. On fait réagir l’espèce cherchée avec une solution dont on connaît exactement la concentration.

Dans ce chapitre, tu vas apprendre le principe d’un titrage, la notion d’équivalence, et le calcul de la concentration recherchée.

I. Le principe d’un titrage

Titrer une espèce, c’est déterminer sa concentration (ou sa quantité de matière) en la faisant réagir avec une solution de concentration connue.

• la solution titrée contient l’espèce dont on cherche la concentration (inconnue) ;
• la solution titrante, de concentration connue, est versée progressivement à l’aide d’une burette.

Réaction de titrage. Pour être exploitable, la réaction support du titrage doit être rapide, totale (elle se fait quasi-entièrement) et unique (une seule réaction se produit).

II. L’équivalence

L’équivalence est l’instant du titrage où les réactifs (titrant et titré) ont été mélangés dans les proportions stœchiométriques de la réaction. C’est l’instant où le réactif limitant change :

• avant l’équivalence, le réactif titrant est limitant (il est entièrement consommé à chaque ajout) ;
• après l’équivalence, c’est l’espèce titrée qui a été entièrement consommée, et le titrant est désormais en excès.

Relation à l’équivalence (réaction 1 : 1). Les quantités de matière des deux réactifs sont égales : C_titrant × V_E = C_titré × V_titré où V_E est le volume équivalent (volume de titrant versé à l’équivalence).

III. Repérer l’équivalence et calculer la concentration

On repère l’équivalence de plusieurs façons :

• avec un indicateur coloré, qui change de couleur à l’équivalence ;
• par suivi pH-métrique : la courbe pH = f(V) présente un saut de pH brusque à l’équivalence.

On lit alors le volume équivalent V_E (au milieu du saut de pH), puis on calcule la concentration cherchée.

Exemple. On titre V_titré = 20,0 mL d’une solution d’acide chlorhydrique par de la soude de concentration C_titrant = 0,10 mol/L. L’équivalence est obtenue pour V_E = 15,0 mL. C_titré = (C_titrant × V_E) / V_titré = (0,10 × 15,0) / 20,0 = 0,075 mol/L.

L’essentiel à retenir

À retenir.

• Un titrage détermine une concentration inconnue grâce à une solution titrante de concentration connue.
• La réaction de titrage doit être rapide, totale et unique.
• À l’équivalence, les réactifs sont en proportions stœchiométriques ; pour une réaction 1 : 1, C_titrant × V_E = C_titré × V_titré.
• On repère l’équivalence par un indicateur coloré ou par le saut de pH de la courbe pH = f(V).

Exercices

Exercice 1 — Vocabulaire du titrage

On titre une solution d’acide de concentration inconnue par une solution de soude de concentration connue.

1. Quelle est la solution titrante ? Quelle est la solution titrée ?
2. Cite les trois propriétés que doit posséder la réaction de titrage.

Exercice 2 — Calcul d’une concentration

On titre V_titré = 25,0 mL d’une solution d’acide par une solution titrante de concentration C_titrant = 0,20 mol/L. La réaction est de proportions 1 : 1. L’équivalence est atteinte pour V_E = 20,0 mL.

1. Écris la relation à l’équivalence.
2. Calcule la concentration C_titré de la solution d’acide.

Exercice 3 — Lire une courbe de titrage

Sur une courbe de titrage pH = f(V), on observe un saut de pH net.

1. Que représente le volume au milieu de ce saut ?
2. Comment, sans pH-mètre, pourrait-on repérer ce même volume ?

Exercice 4 — À l’équivalence

Au cours d’un titrage, on s’intéresse à l’équivalence.

1. Que peut-on dire des quantités de matière des deux réactifs à l’équivalence (réaction 1 : 1) ?
2. Quel réactif est limitant juste avant l’équivalence ? Et juste après ?

Corrigés

Corrigé de l’exercice 1

1. La solution titrante est la soude (concentration connue) ; la solution titrée est l’acide (concentration inconnue).
2. La réaction de titrage doit être rapide, totale et unique.

Corrigé de l’exercice 2

1. À l’équivalence : C_titrant × V_E = C_titré × V_titré.
2. C_titré = (C_titrant × V_E) / V_titré = (0,20 × 20,0) / 25,0 = 0,16 mol/L.

Corrigé de l’exercice 3

1. Le volume au milieu du saut de pH est le volume équivalent V_E (volume de titrant versé à l’équivalence).
2. On pourrait utiliser un indicateur coloré adapté, qui change de couleur à l’équivalence.

Corrigé de l’exercice 4

1. À l’équivalence, les quantités de matière des deux réactifs sont égales (réaction 1 : 1) : ils ont été mélangés dans les proportions stœchiométriques.
2. Juste avant l’équivalence, le titrant est le réactif limitant ; juste après, c’est l’espèce titrée qui est épuisée (le titrant est en excès).