Fiche explicative de la leçon: Expériences de titrage Chimie

Dans cette fiche explicative, nous allons apprendre à décrire certaines méthodes de titrage acido-basique et leur utilisation pour déterminer des concentrations en acides ou en bases.

Lorsque vous voulez déterminer la concentration d’un acide ou d’une base, vous pouvez réaliser une expérience de titrage. Dans une expérience de titrage, une solution avec une concentration connue est ajoutée à un volume déterminé d’une solution avec une concentration inconnue en présence d’un indicateur.

Le montage nécessaire à l’expérience est illustré ci-dessous.

Une burette est utilisée dans cette expérience car nous ne savons pas exactement quel volume, d’une solution avec une concentration connue, sera nécessaire. Le robinet au bas de la burette nous permet d’ajouter facilement une petite quantité de solution à la fois. Un erlenmeyer, également connu sous le nom de fiole conique, est utilisé parce que la fiole peut facilement être agitée sans se déverser. Notez que la burette et la fiole erlenmeyer sont placées sur la base du support de cornue pour empêcher le montage de se renverser. Le carreau blanc est facultatif, mais il peut vous aider à identifier plus facilement les changements subtils de couleur.

Une solution étalon, aussi appelée titrant, sera placée dans la burette. Une solution étalon est une solution dont la concentration est connue.

Si la solution dont nous essayons de déterminer sa concentration est un acide, la solution étalon doit être une base et vice versa. Des solutions étalons peuvent être achetées, mais sont souvent facilement synthétisées en laboratoire.

Les expériences de titrage sont souvent effectuées quatre fois ou plus, donc on doit préparer une quantité suffisante de solution étalon pour réaliser toutes ces expériences.

Lors de l’ajout d’une solution étalon à la burette, il est important de s’assurer que le robinet de la burette est en position fermée, perpendiculaire à la colonne.

Remplissez toujours la burette jusqu’au niveau de vos yeux afin d’éviter le déversement de bases ou d’acides corrosifs sur votre visage ou vos yeux. Un entonnoir peut être placé à l’ouverture supérieure de la burette pour empêcher le déversement lors du remplissage. Pour remplir la burette, ajoutez lentement un titrant, remplissant jusqu’au trait de 0 mL. Puis retirez l’entonnoir. Il n’est pas nécessaire de commencer un titrage exactement à 0,00 mL.

Vous devez ensuite vérifier la burette pour qu’il n’y ait pas des bulles d’air, en tapotant doucement pour les éliminer. Placez ensuite un bac à déchets sous la burette et ouvrez le robinet pour permettre à quelques millilitres de liquide de s’écouler. Vous devez utiliser un flacon de lavage pour rincer la pointe de la burette avec de l’eau déionisée. On peut alors enregistrer le volume de départ du titrant. Vous devez vous rappeler de lire le volume à partir de la partie inférieure du ménisque.

Exemple 2: Comprendre les risques associés au remplissage d’une burette

Pourquoi une burette devrait-elle toujours être remplie au niveau des yeux et jamais au-dessus ? 

1. Pour réduire le risque de projection d’acide ou de base sur les yeux ou le visage
2. Pour savoir quand le bécher ou l’éprouvette de mesure est vide
3. Pour s’assurer que la solution est versée dans la burette et non pas sur le sol
4. Pour regarder la solution descendre dans la burette
5. Afin de nous permettre de remplir la burette en position assise

Réponse

Une burette est fréquemment utilisée lors d’un titrage acido-basique et est donc souvent remplie d’un acide ou d’une base. Les acides et les bases sont corrosifs. Ils peuvent irriter ou brûler les yeux et la peau et peuvent causer une détresse respiratoire. Afin de minimiser le risque de déversement de telles substances sur les yeux ou le visage, ne remplissez jamais une burette au-dessus du niveau de vos yeux. La bonne réponse est A.

La solution de concentration inconnue est appelée titré ou analyte.

Un volume déterminé de titré doit être ajouté à une fiole d’erlenmeyer à l’aide d’une pipette volumétrique. Le volume de titré utilisé est parfois appelé aliquote.

Exemple 3: Choisir la solution à placer dans un erlenmeyer et dans une burette lors d’un titrage acido-basique

Un élève veut utiliser le titrage pour déterminer la quantité d’acide nécessaire pour neutraliser un volume connu de base. Il met en place l’expérience comme on le voit ci-dessous. Au début de l’expérience, quelle solution doit être introduite dans l’erlenmeyer et laquelle doit être utilisée pour remplir la burette ? 

Réponse

L’erlenmeyer est rempli à l’aide d’une pipette. Une pipette est une pièce de verrerie utilisée pour fournir un volume spécifique de liquide. Une burette est une pièce de verrerie remplie d’un liquide qui peut ensuite être distribué. Les burettes sont utilisées lorsque le volume de liquide nécessaire n’est pas connu car le robinet au bas de la burette peut facilement être ouvert ou fermé pour contrôler le volume du liquide distribué.

Dans cette expérience de titrage, un élève utilise un volume connu de base sans connaître le volume total d’acide nécessaire. Par conséquent, la base doit aller dans l’erlenmeyer et l’acide dans la burette.

Au cours d’une expérience de titrage, le titrant sera ajouté au titré jusqu’à ce que l’acide et la base se soient complètement neutralisés. C’est ce qu’on appelle le point d’équivalence.

Le volume approximatif de titrant nécessaire pour atteindre le point d’équivalence peut être déterminé visuellement en ajoutant au fiole erlenmeyer un indicateur acido-basique. Un indicateur est un acide ou une base faible qui subit un changement de couleur sur une plage donnée de pH.

En fonction de l’acide et de la base utilisés comme titrant et titré, il y a divers indicateurs qui peuvent être choisis pour une expérience de titrage. Près du point d’équivalence, l’ajout d’une seule goutte de titrant entraînera une variation drastique du pH de la solution dans l’erlenmeyer. Un bon indicateur acido-basique présentera un changement brusque de couleur à ce moment de l’expérience.

Le point d’équivalence de la réaction entre un acide fort et une base forte se produira à un pH de 7. Cependant, un changement radical du pH avec l’ajout de gouttes individuelles de titrant se produira entre un pH d’environ 3,5 et 10,5. Par conséquent, vous devez choisir un indicateur qui change de couleur dans cette plage.

Deux indicateurs sont couramment utilisés pour les titrages acide fort-base forte. Il s’agit de la phénolphtaléine et du méthylorange. On dit d’habitude que la phénolphtaléine est incolore dans un acide et rose dans une base, même si techniquement, ce changement de couleur se produit entre un pH de 8,2 et 10. On dit d’habitude que le méthylorange est rouge dans un acide et jaune dans une base, même si techniquement, ce changement de couleur se produit entre un pH de 3,2 et 4,4.

Dans un laboratoire de chimie, on trouve d’habitude un indicateur universel qui est souvent utilisé pour tester une solution afin de déterminer un pH approximatif.

Cependant, l’indicateur universel n’est pas utilisé dans les titrages car il change de couleur sur une large gamme de valeurs de pH et les changements de couleur sont moins brusques que pour les autres indicateurs.

Exemple 4: Déterminer la couleur d’un indicateur à une valeur de pH et l’indicateur à utiliser lorsque le pH passe de 8 à 11

Le tableau ci-dessous indique la plage de couleurs de plusieurs indicateurs.

1. Quel indicateur est bleu à un pH de 5 ? 
2. Quel est le meilleur indicateur pour montrer que le pH d’une solution est passé de 8 à 11 ? 

Réponse

Partie 1

Le graphique montre la plage de pH dans laquelle chaque indicateur change de couleur. Par exemple, le bleu de bromophénol change de couleur du jaune au bleu entre un pH de 3 et 4,6. En dessous d’un pH de 3, le bleu de bromophénol sera jaune et au-dessus d’un pH de 4,6, le bleu de bromophénol sera bleu.

À un pH de 5, le bleu de bromophénol sera bleu, le bleu de bromothymol sera jaune, la crésolphtaléine sera incolore et le jaune d’alizarine sera jaune. L’indicateur qui est bleu à un pH 5 est le bleu de bromophénol.

Partie 2

Le meilleur indicateur pour montrer que le pH d’une solution a changé de 8 à 11 serait un indicateur qui subit un changement de couleur dans cette plage de pH. Le bleu de bromophénol et le bleu de bromothymol resteront tous les deux bleus lorsque le pH passera de 8 à 11. Le jaune d’alizarine sera jaune entre un pH de 8 et 10 et commencera à devenir orange au fur et à mesure que le pH se rapproche de 11. Il y a donc un changement de couleur qui se produit à un pH trop élevé. La crésolphtaléine est incolore à un pH de 8 et violette à un pH de 10. Puisque la crésolphtaléine subit un changement radical de couleur dans la plage de pH désirée, elle serait le meilleur indicateur à utiliser dans cette expérience.

Étudions maintenant une expérience de titrage dans laquelle on utilise un titrant basique, un titré acide et un indicateur de phénolphthaléine. Au début de l’expérience, la phénolphtaléine et le composé acide seront dans l’erlenmeyer. Comme la phénolphthaléine est incolore dans un acide, la fiole apparaît incolore.

Lorsqu’on ajoute le titrant basique, une tache rose vif apparaît dans la fiole Erlenmeyer car la phénolphtaléine réagit avec la base et devient rose. Mais cette couleur disparaîtra rapidement car le titré acide de la fiole réagit avec la base, en la neutralisant. Il est important de continuer à faire tourner la fiole pour que l’acide et la base réagissent complètement pendant ce processus.

Au fur et à mesure que la base est ajoutée au fiole, la couleur rose restera plus longtemps. En effet, au fur et à mesure que l’expérience avance, il y a moins d’acide dans la solution et la réaction de neutralisation acido-basique prend plus de temps pour avoir lieu. Une fois que tout l’acide est neutralisé, toute base supplémentaire ajoutée reste dans la solution et peut réagir avec la phénolphtaléine. Lorsque l’ajout d’une goutte de base fait que la solution devient légèrement rose, le point final de l’expérience est atteint.

Il est important de reconnaître que le point final de l’expérience et le point d’équivalence ne sont souvent pas les mêmes. Le point d’équivalence se produit lorsque tout l’acide et la base ont été neutralisés, mais le point final arrive lorsque l’indicateur change de couleur.

Le volume final de titrant dans la burette doit être enregistré lorsque le point final est atteint. Si la couleur de la fiole erlenmeyer est rose foncé, cela veut dire que trop de base a été ajoutée ; l’expérience devra être répétée.

Le tableau ci-dessous montre le point final souhaité pour l’indicateur phénolphtaléine et l’indicateur méthylorange.

Exemple 5: Rappel des couleurs du méthylorange

Complétez : Le méthylorange est un indicateur utile, en particulier pour les titrages des acides. Il est dans des solutions fortement acides et dans des solutions basiques.

Réponse

Le méthylorange est un indicateur qui est rouge dans une solution de pH inférieur à 3,1 et jaune dans une solution de pH supérieur à 4,4. Les solutions sont acides lorsque le pH est inférieur à 7, neutres lorsque le pH est égal à 7 et basiques lorsque le pH est supérieur à 7.

Cela signifie que le méthylorange apparaîtra jaune dans toutes les solutions basiques et rouge dans les solutions fortement acides. Tu dois compléter le premier blanc avec le mot rouge et le deuxième blanc avec le mot jaune.

Il est très facile d’ajouter trop de titrant pendant un titrage. Vous pouvez obtenir une estimation de la quantité de titrant nécessaire pour atteindre le point final en effectuant d’abord un titrage approximatif.

La soustraction de cinq millilitres du volume de titrant utilisé dans un titrage approximatif nous indique la quantité de titrant que nous pouvons ajouter rapidement en toute sécurité pendant un bon titrage. Dans un calcul de titrage, n’utilisez jamais le volume de titrant d’un titrage approximatif.

Plusieurs erreurs courantes peuvent survenir lors d’une expérience de titrage. Les erreurs de mesure comprennent la mesure inexacte du titré ou la mauvaise lecture des volumes de burette initiaux ou finaux. Des bulles d’air dans la burette affecteront également les lectures de volume. Vous pouvez éliminer les bulles d’air en tapotant doucement la burette. En outre, si un excès de titrant n’ayant pas réagi se trouve sur la pointe de la burette ou dans le col de la fiole, vous pouvez enregistrer un volume de titrant trop élevé. Vous pouvez éliminer cette erreur en rinçant la pointe de la burette et le col de la fiole avec de l’eau déionisée lorsque vous êtes proches du point final du titrage.

Si l’indicateur ne change jamais de couleur pendant le titrage, il se peut que vous ayez choisi le mauvais indicateur ou bien que vous ayez placé la même solution à la fois dans la burette et dans l’erlenmeyer. Si la fiole erlenmeyer reste incolore pendant un titrage impliquant de la phénolphtaléine, vérifiez à nouveau que l’indicateur a été ajouté à la fiole.