Supposons que tu présentes un Acide et une base. Tu connais la concentration de l'Acide, mais celle de la base est un mystère : elle pourrait être de n'importe quelle concentration, pour autant que tu le saches. Pour connaître cette concentration inconnue, tu peux effectuer un type de réaction appelé titrage pH-métrique.Dans…
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Jetzt kostenlos anmeldenSupposons que tu présentes un Acide et une base. Tu connais la concentration de l'Acide, mais celle de la base est un mystère : elle pourrait être de n'importe quelle concentration, pour autant que tu le saches. Pour connaître cette concentration inconnue, tu peux effectuer un type de réaction appelé titrage pH-métrique.
Dans ce résumé de cours, nous allons découvrir le titrage pH-métrique.
Un titrage est une réaction utilisée pour déterminer la concentration inconnue d'une solution, appelée le réactif de titrage, en l'ajoutant progressivement à une solution de concentration connue jusqu'à ce qu'un changement perceptible se produise.
Le titrage acide-base est une méthode d'analyse chimique qui permet de déterminer la concentration des acides et des bases.
Dans le cas du titrage pH-métrique, nous utilisons des titrages pour déterminer la concentration d'un acide ou d'une base inconnue. Afin d'obtenir des mesures plus précises du pH à des points spécifiques, nous pouvons utiliser un pH-mètre. Il s'agit d'un appareil numérique qui mesure le pH avec une grande précision. Nous pouvons utiliser nos données pour tracer une courbe de pH.
Une courbe de pH, également appelée courbe de titrage, est un graphique qui montre comment le pH d'une solution change lorsqu'on lui ajoute un acide ou une base.
Le pH est une mesure de la concentration en ions hydrogène d'une solution aqueuse.
Pour plus d'informations sur le pH, veuille consulter notre résumé de cours "pH" !
Ne t'inquiète pas ! Nous allons commenter comment interpréter et utiliser ces graphiques dans une minute. Mais d'abord, comment réaliser un titrage afin de collecter les données nécessaires au tracé d'une courbe de pH.
Lors du titrage acide-base, tu ajoutes à une solution d'essai de concentration inconnue une solution étalon dont tu connais la concentration. La solution étalon est un acide ou une base.
Il se produit une réaction chimique au cours de laquelle les ions oxonium \( H_3O^+ \) et les ions hydroxyde \( OH^- \) correspondants sont neutralisés et de l'eau se forme. Lorsque la solution a été neutralisée, tu peux calculer la concentration de la solution d'essai à partir du volume de solution de mesure utilisé.
$$H_3O^+ + OH^- \rightarrow 2H_2O $$
Les ions \( H_3O^+ \) de l'acide sont neutralisés par les ions \( OH^- \) de la base et le pH de la solution se rapproche de la valeur neutre \( 7 \) . Par conséquent, à ce point, les quantités de matière \(n \) de la solution étalon et de la solution d'essai sont identiques.
$$ C_A.V_A = C_b.V_b $$
On appelle point d'Équivalence le point du processus de titrage où il y a exactement autant d'ions hydroxyde que d'ions oxonium dans la solution. Une certaine quantité d'acide a été neutralisée par la quantité correspondante de base. Il s'agit du point final.
Supposons que nous présentons une solution d'acide chlorhydrique \( HCl \) de \( 0,100 mol dm^{-3} \) . Nous présentons également une solution d'hydroxyde de sodium \( NaOH \) , dont nous voulons déterminer la concentration. Pour ce faire, nous effectuons un titrage pH-métrique. Cela implique les étapes suivantes :
Nous te montrons ci-dessous le montage d'un titrage typique.
Fig.1- Montage d'un titrage avec un suivi pH-métrique
Supposons que tu aies effectué le titrage que nous avons décrit ci-dessus, en ajoutant du \( NaOH \) à du \( HCl \) . Tu pourrais alors produire une courbe de pH (titrage) qui ressemblerait un peu à ceci (note qu'il s'agit de la courbe de pH que nous avons montrée précédemment)
Que peux-tu dire de ce graphique ? Eh bien, l'augmentation du pH n'est pas linéaire.
Tu remarqueras la section abrupte, presque verticale, du graphique où le pH change rapidement. Dans ce titrage, cela se produit après que nous aillons ajouté environ \( 25 cm^3 \) de notre base \( NaOH \) .
Rappelle-toi qu'un alcali est une base aqueuse. Cela signifie que le \( NaOH \) est à la fois un alcali et une base. Tous les alcalins sont des bases - mais toutes les bases ne sont pas des alcalins !
Le point d'équivalence est le point où l'on présente juste assez de bases pour neutraliser l'acide dans une réaction de titrage ou vice versa.
Dans cette réaction, le point d'équivalence se situe à un pH d'environ \( 7 \) .
Le Volume équivalent peut être déterminé en utilisant la méthode des tangentes parallèles :
Fig.2-Le point d'équivalence sur notre courbe de pH.
Bien que chaque courbe de pH présente une forme similaire, elles sont toutes uniques. Dans la section suivante, nous allons explorer différents types de courbes de pH pour les acides et les bases forts et faibles.
Les courbes de titrage avec différentes combinaisons d'acides et de bases faibles et forts ont un aspect légèrement différent. Cela peut sembler être beaucoup d'informations à retenir, mais déterminer la forme d'une courbe de titrage est en fait assez simple. Tout est basé sur les valeurs de pH relatives des acides et des bases forts et faibles :
N'oublie pas que les acides et les bases forts se dissocient complètement en solution, alors que les acides et les bases faibles ne se dissocient que partiellement. Consulte les résumés de cours Acide faible et base faible pour en savoir plus.
Voici une échelle de pH, qui te montre ce que nous voulons dire.
Fig.3-Les valeurs de pH typiques des acides et des bases forts et faibles.
Prenons maintenant le temps d'examiner différents exemples de courbes de pH.
Dans tous nos exemples, nous ajoutons une base à un acide. Cependant, il est parfaitement possible d'ajouter un acide à une base - cela signifie simplement que le graphique commence par un pH plus élevé et se termine par un pH plus faible. Réfléchis simplement la courbe dans la direction des ordonnées, et tu obtiendras la bonne forme.
Nous avons déjà vu la courbe de pH d'un acide fort et d'une base forte dans l'exemple de réaction ci-dessus. Elle présente une section verticale importante et se termine par un pH très élevé.
Les bases faibles présentent un pH plus faible que les bases fortes à la même concentration. Par conséquent, le graphique se termine par un pH élevé, au lieu du pH très élevé observé sur la courbe entre un acide fort et une base forte. La section verticale est donc plus courte.
Les acides faibles présentent un pH légèrement plus élevé que les acides forts. Ce graphique est l'inverse de celui ci-dessus, avec un pH de départ faible, mais un pH final très élevé.
Tu as peut-être présenté le fait que le pH augmente fortement au début lorsque nous ajoutons une partie de l'alcali.
Cette augmentation est due à la réaction de l'acide faible avec l'alcali pour former une solution tampon.
Tu trouveras plus d'informations à ce sujet dans Solution tampon.
La courbe de pH d'un acide faible et d'une base faible présente une courte section verticale. Elle commence par un pH faible et se termine par un pH élevé. Compare cela à la courbe de pH de la réaction entre un acide fort et une base forte, qui présente un pH initial très bas et un pH final très élevé.
Voici un tableau résumant les caractéristiques des courbes de pH (titrage) entre différentes combinaisons d'acides et de bases forts et faibles.
| Base forte | Base faible | |
| Acide fort |
|
|
| Acide faible |
|
|
Au début de ce résumé, nous avons effectué un titrage entre l'acide chlorhydrique \( HCl \) et l'hydroxyde de sodium \( NaOH \) pour trouver la concentration de la solution d'hydroxyde de sodium. Nous obtenons un ensemble de valeurs qui nous indiquent le volume de \( NaOH \) que nous avons ajouté dans chaque titrage avant d'atteindre le point d'équivalence, c'est-à-dire lorsque nous avons ajouté juste assez de \( NaOH \) pour neutraliser tout le \( HCl \) . Voyons comment utiliser ces résultats pour calculer la concentration de \( NaOH \) .
Nous devons suivre les étapes suivantes :
Tu effectues une réaction de titrage entre \( HCl \) et \( NaOH \) , en utilisant \( 30 \space cm^3 \ 0{,}100 \space mol .dm^{-3} \) de \( HCl \) dans chaque titrage et une solution de \( NaOH \) comme réactif de titrage.
Utilise les résultats suivants pour calculer la concentration de la solution de \( NaOH \) .
Titre 1 | Titre 2 | Titre 3 | |
Volume de NaOH ajouté \( cm^3 \) | \( 24.9 \) | \( 25.2 \) | \( 25.0 \) |
Tout d'abord, nous devons identifier les résultats concordants. Pour les réactions de titrage, ces résultats sont généralement définis comme étant à moins de \( 0,1 \ cm^3 \) les uns des autres. Tu peux voir que les titres \( 1 \) et \( 3 \) ont donné des résultats concordants. Nous les mettons en évidence et calculons le titre moyen :
$$ (24,9 + 25,0) \div 2 = 24,95 \space cm^3 $$
Concordant signifie généralement "d'accord". Tu peux considérer que ces résultats sont "d'accord" sur le volume de titrant nécessaire pour neutraliser ta solution.
Mettons maintenant de côté ce titre moyen pour une seconde et calculons le nombre de moles de \( HCl \) dans chaque titrage. Pour ce faire, nous utilisons les informations données dans la question et l'équation reliant les moles, la concentration et le volume. Notre \( HCl \) présente une concentration de \( 0,100 \ mol \ dm^{-3} \) et nous en avons utilisé \( 30 \ cm^3 \) dans chaque titrage.
N'oublie pas de convertir tous les volumes en \( dm^3 \) . Dans ce cas, nous convertissons les \( cm^3 \) en \( dm^3 \) en les divisant par \( 1000 \) .
$$ moles = concentration \times volume $$
$$ moles = 0,100 \times 0,03 = 0,003 \space mol $$
Si nous écrivons une équation pour la réaction entre \( HCl \) et \( NaOH \) , nous pouvons voir qu'ils réagissent dans un rapport de \( 1:1 \) :
$$ HCl + NaOH \rightarrow NaCl + H_2O $
Cela signifie que nous avons besoin du même nombre de moles de \( NaOH \) que de \( HCl \) , afin de neutraliser complètement le \( HCl \) . Par conséquent, nous avons dû présenter \( 0,003 \space moles de \space NaOH \) . Nous pouvons maintenant utiliser le volume du titre moyen (converti en \( dm^3 \) , bien sûr) pour calculer la concentration de \( NaOH \) :
$$ Concentration = moles \div volumes $$
$$ Concentration = 0,003 \div 0,02495 = 0,012 \space mol.dm^{-3} $$
Faites attention au nombre de décimales indiqué dans la question. Tu dois arrondir ta réponse à ce nombre.
Il s'agit du moment où la réaction s'achève. Le point final ou point d'équivalence peut également être défini comme un point dans les réactions où le nombre d'équivalents de réactif titrant et réactif titré devient égal.
Pour détecter l'équivalence, un indicateur est utilisé pour chaque type de réaction.
L'Indicateur coloré est une substance utilisée pour indiquer le point d'équivalence d'un titrage. Les indicateurs colorés sont généralement choisis en fonction de leur capacité à subir un changement de couleur visible à un pH spécifique.
Lorsque nous ajoutons une base à un acide ou vice versa, le pH change. Par exemple, le pH augmente lorsque nous ajoutons de l'hydroxyde de sodium à l'acide chlorhydrique. Lorsque le pH atteint un certain niveau, l'indicateur change de couleur. C'est ce que l'on appelle le point final du titrage.
Le point final est le point à partir duquel l'indicateur change de couleur.
Nous pouvons utiliser les points finaux pour déterminer les points d'équivalence de combinaisons acide-base spécifiques. Rappelle-toi que le point d'équivalence se trouve au milieu d'une section presque verticale de la courbe de pH. Cette section couvre une large gamme de valeurs de pH, et l'ajout d'un peu plus de titrant modifie radicalement le pH. Cela signifie que lorsque tu atteins le point d'équivalence de la réaction, tu atteins également son point final. Afin de déterminer avec précision le point d'équivalence d'un titrage, nous devons utiliser des indicateurs dont les points finaux se situent dans la vaste gamme de pH de cette section presque verticale.
Pour être adapté au titrage, un indicateur doit remplir plusieurs critères.
Voir un exemple ci-dessous.
Utilise la courbe de pH donnée pour déterminer quel indicateur conviendrait pour le titrage suivant.
Les points terminaux des deux indicateurs possibles sont représentés par une ligne au pH approprié, montrant le changement de couleur.
Dans ce cas, la phénolphtaléine ne serait pas un indicateur approprié, car son point final, auquel elle change de couleur, ne se situe pas dans la section verticale de la courbe de pH. Par conséquent, son point final ne coïncide pas avec le point d'équivalence du titrage. Cependant, le point final du méthyl orange se situe dans la section verticale de la courbe de pH, et le méthyl orange serait donc un indicateur approprié.
Le principe du titrage pH-métrique, est d'ajouter à une solution d'essai de concentration inconnue une solution étalon dont nous connaissons la concentration. Lorsque la solution a été neutralisée, tu peux calculer la concentration de la solution d'essai à partir du volume de solution de mesure utilisé.
Dans un titrage pH-métrique, on repère l'équivalence en utilisant la méthode de tangentes dans la courbe de pH.
Pour calculer le pH d'un titrage, tu peux utiliser une sonde de pH. La sonde de pH mesure avec précision le pH d'une solution.
Pour calculer le titrage :
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Commence à apprendreQuel indicateur est incolore lorsque le pH est inférieur à 8 ?
Phénolphtaléine
Complète la phrase suivante.
Le titrage est une méthode ......................................... chimique qui permet de déterminer ........................................ des acides ou des bases.
d'analyse, la concentration
Comment peut-on déterminer la concentration des acides et des bases ?
Pour déterminer la concentration, on ajoute à une substance un réactif de concentration connue, jusqu'à ce que les quantités équivalentes de substances soient égales et que l'indicateur contenu dans la solution d'échantillon se colore.
La courbe de titrage s'élève alors. Le volume consommé est mesuré à la burette et la concentration de la substance recherchée est calculée par une conversion.
Qu'est-ce qu'une solution étalon ?
Une solution étalon est une solution dont on connaît la concentration.
Nomme 2 indices chimiques pour la détection des points finaux.
Qu'est-ce qu'un titrage ?
Un titrage est une réaction qui consiste à déterminer la concentration inconnue d'une solution, appelée le titrant, en l'ajoutant progressivement à une solution de concentration connue jusqu'à ce qu'un changement perceptible se produise.
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