Le traitement des eaux usées recourt au volume équivalent pour mesurer la quantité de produits chimiques nécessaire à la neutralisation des produits chimiques se trouvant dans les eaux usées. Le volume équivalent nous permet de régler la quantité de produit chimique ajoutée à l'eau pour obtenir un pH neutre. Elle est également utilisée pour mesurer la quantité de produit chimique nécessaire pour atteindre le niveau de désinfection désiré.
Mais comment déterminer le volume équivalent dans un titrage ? Dans ce résumé de cours, nous allons examiner de plus près le volume équivalent et la façon dont nous le déterminons dans différents titrages.
- Ce résumé de cours porte sur le volume équivalent.
- Tout d'abord, on va définir la concentration d'une solution et la molarité d'une espèce chimique.
- Ensuite, nous examinerons le titrage, la solution titrée, la solution titrante et le réactif limitant.
- Nous aborderons l'équivalent et le volume équivalant.
- Nous verrons comment déterminer le volume équivalent dans un titrage colorimétrique, pH-métrique et conductimétrique.
Tout d'abord, laisse-nous t'expliquer quelques concepts comme la concentration d'une solution qui t'aidera beaucoup à comprendre le concept de volume équivalent.
Qu'est-ce qu'est la concentration d’une solution ?
La concentration d'une solution est le nombre de particules du soluté dissoutes dans un solvant donné.
Par exemple, considérons le sucre dans l'eau, le sucre est un soluté, l'eau est un solvant.
Si tu ajoutes de plus en plus de sucre à l'eau. La solution de sucre devient de plus en plus concentrée. Si tu ajoutes de plus en plus de particules d'un soluté, donc tu augmenterais la concentration de la solution de sucre.
Rappelle-toi que la concentration d'une solution exprimée en fonction de la molarité.
Pour plus d'informations sur la concentration, veuille consulter notre résumé de cours "Concentration chimie" !
La molarité
La molarité est le nombre de moles d'un soluté dans une solution d'un litre.
Par exemple, considérons \( 2 \ mol \) de sucre dans \( 1 \ dm^3 \) d'eau. Ici la concentration de sucre est de \( 3 \ mol/dm^3= 3 \ M \) .
Qu'est-ce qu'est le titrage ?
Le titrage est un moyen d'analyser des produits chimiques pour trouver une concentration inconnue en utilisant une substance dont la concentration est connue.
La différence entre le dosage et le titrage
En chimie, le terme "dosage" désigne les méthodes qui permettent de déterminer la concentration ou la quantité d'une espèce chimique. Quant au titrage, il s'agit d'une technique de dosage qui implique une réaction chimique.
C'est quoi l'équivalence
L'équivalence peut être définie comme un point dans les réactions où le nombre d'équivalents de réactif titrant et réactif titré devient égal. Il s'agit du moment où la réaction s'achève.
Pour plus d'informations sur l'équivalence,veuille consulter notre résumé de cours sur "Équivalence" !
Qu'est-ce qu'est le volume équivalent ?
Le volume équivalent est le volume de la solution titrante ajouté lorsque les réactifs (titré et titrant) ont été mis en présence dans des proportions stœchiométriques.
Nous déterminons le volume équivalent en mesurant la variation du pH ou la conductivité, ou en mesurant le changement de couleur d'un indicateur.
Comment déterminer le volume équivalent dans un titrage pH-métrique ?
Lorsque nous ajoutons à une quantité donnée de la solution d'un acide, la quantité juste nécessaire de la solution d'une base pour réagir avec l'acide, nous disons que nous avons l'équivalence.
A l'équivalence, les réactifs ont réagi dans des proportions stœchiométriques.
Sur la courbe \(pH = f(V_b) \) , l'équivalence est obtenue pour le volume de la solution basique, \( V_{be} \) où les réactifs ont réagi en proportions stœchiométriques. Le point de la courbe correspondant à \( v_{be} \) est appelé point d'équivalence.
Le point d'équivalence de la courbe \(pH=f(v_b) \) correspond sur cette courbe au volume où l'acide et la base ont réagi dans des proportions stœchiométriques.
Le point d'équivalence correspond également au point d'inflexion de la courbe. Ceci permet de déterminer le point d'équivalence par une méthode appelée méthode des tangentes parallèles.
Méthode des tangentes parallèles
La méthode des tangentes parallèles est un moyen de déterminer le point d'équivalence sur les courbes \( pH = f(V) \).
Lors d'un titrage pH-métrique, le volume équivalent peut être déterminé grâce à la méthode de la tangente :
- On commence par tracer deux tangentes à la courbe avant et après l'équivalence, en s'assurant que les deux tangentes sont parallèles ;
- Ensuite, nous traçons une troisième ligne parallèle aux deux tangentes et à équidistance de celles-ci ;
- Pour cela, il faut tracer une droite perpendiculaire aux deux tangentes, tu repères le milieu de cette droite et tu traces la droite parallèle aux deux tangentes ;
- Cette troisième droite coupe la courbe de suivi pH-métrique au niveau d'un point équivalent ;
- Il suffit alors d'effectuer un calcul graphique pour déterminer les coordonnées du point équivalent. Nous avons le volume équivalent au niveau de l'axe des abscisses et le pH au niveau de l'équivalence de l'axe des ordonnées.
Pour tracer deux lignes droites vraiment parallèles, nous te conseillons d'utiliser l'équerre et la règle.
Fig.3-Le point d'équivalence sur notre courbe de pH.
Pour plus d'informations sur le titrage pH-métrique, veuille consulter notre résumé de cours titrage pH-métrique !
Comment déterminer le volume équivalent dans un titrage colorimétrique ?
Nous parlons d'un titrage colorimétrique lorsque l'équivalence est identifiée grâce à un changement de couleur du milieu réactionnel.
Un titrage colorimétrique est un titrage basé sur le changement de couleur du mélange réactionnel pour déterminer l'équivalence.
Pour détecter l'équivalence, un indicateur est utilisé pour chaque type de réaction.
Indicateur coloré
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.
Pour plus d'informations sur l'indicateur coloré, veuille consulter notre résumé de cours sur l'indicateur coloré !
Au cours du titrage colorimétrique, le réactif titrant réagit au fur et à mesure de sa consommation. Le réactif à titrer est en excès. Avant l'équivalence, le réactif titrant est le réactif limitant.
Le réactif limitant
Le réactif limitant est le réactif qui est complètement consommé dans la réaction. Une fois que ce réactif est entièrement consommé, il arrête la réaction et limite donc le produit fabriqué.
Donc, dès que l'équivalence est passée, l'ajout d'une goutte de réactif titrant ne sera pas consommé dans l'erlenmeyer, car tout le réactif à titrer a été consommé. Le réactif titrant est maintenant en excès !
La solution change de couleur ce qui permet d'identifier l'équivalence.
Comment déterminer le volume équivalent dans un titrage conductimétrique ?
Au cours du titrage conductimétrique, il y aura des variations de conductivité qui nous permettront de la suivre par conductimétrie. Nous étudions la variation de la conductance \( G \) de la solution titrée au fur et à mesure que l'on verse la solution titrante de concentration connue avec précision dans la solution titrée.
Nous traçons une courbe en représentant la conductance en fonction du volume de la solution titrante versée dans la solution titrée. On obtiendra une variation de la pente de la conductance qui permettra de trouver indirectement la concentration en quantité de la matière recherchée.
La conductivité suit une loi affine, autrement dit, on obtient un graphique remarquable. Un diagramme est créé à partir des valeurs de conductance mesurées et les différents points sont reliés entre eux. Ce graphique représente la conductivité en fonction du volume de solution standard ajoutée. Le tracé d'un titrage de conductivité a généralement la forme d'un V.
À l'équivalence, nous observons une rupture de pente. Par suite, tu peux déterminer graphiquement le volume équivalent en cherchant l'abscisse du point de la courbe qui correspond à la rupture de pente.
Si l'on ajoute de la solution titrante à la solution titrée après avoir atteint le point d'équivalence, le nombre d'ions dans le bécher augmente. Une fois le point d'équivalence atteint, les ions hydroxyde ne peuvent plus être neutralisés, car il n'y a plus d'ions oxonium disponibles. La conductivité de la solution d'échantillon augmente alors à nouveau.
Pour plus d'informations sur le titrage conductimétrique, veuille consulter notre résumé de cours" titrage conductimétrique " !
Détermination de la concentration de la solution titrée
Si tu veux maintenant calculer la concentration de la solution titrée à partir de l'expérience, tu dois déterminer graphiquement le point d'équivalence du titrage. À ce point, les quantités de la solution titrante et celles-là solution titrée sont équivalentes :
$$ n_{ \text {solution titrante}}=n_{ \text {solution titrée}} $$
Puisque la concentration et le volume de la solution ajoutée sont connus, tu peux calculer sa quantité de matière à l'aide de la formule suivante :
$$ C = n \times V $$
Au point d'équivalence du titrage conductimétrique, un total de la solution titrante a été ajouté à la solution titrée.
Avec cette connaissance, tu peux maintenant déterminer le volume équivalent dans chaque titrage.
Volume équivalent - Points clés
- La concentration d'une solution est le nombre de particules du soluté dissoutes dans un solvant donné.
- La molarité d'une espèce chimique est le nombre de moles d'un soluté dans une solution d'un litre.
- Le titrage est une méthode courante d'analyse chimique quantitative en laboratoire, utilisée pour déterminer la concentration inconnue d'un analyte identifié.
- Le volume équivalent est le volume de la solution titrante ajouté lorsque les réactifs (titré et titrant) ont été mis en présence dans des proportions stœchiométriques.
- Dans un titragepH-métrique, la méthode des tangentes parallèles est un moyen de déterminer le point d'équivalence sur les courbes \( pH = f(V) \).
- Un titrage colorimétrique est un titrage basé sur le changement de couleur du mélange réactionnel pour déterminer l'équivalence.
- Dans un titrage conductimétrique, tu peux déterminer graphiquement le volume équivalent en cherchant l'abscisse du point de la courbe qui correspond à la rupture de pente.
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