Exercices et corrigés

Etude de Chimie

Dosage par titrage d’une solution

Dosage par Titrage d’une Solution

Dosage par Titrage d’une Solution

Comprendre le Dosage par Titrage

Le titrage est une technique de laboratoire couramment utilisée en chimie analytique pour déterminer la concentration inconnue d'une solution (l'analyte ou solution titrée) en la faisant réagir avec une solution de concentration connue (le titrant ou solution titrante). La réaction entre l'analyte et le titrant doit être rapide, totale et unique. Le point d'équivalence est atteint lorsque les réactifs ont été mélangés dans les proportions stœchiométriques indiquées par l'équation de la réaction. Ce point est souvent visualisé à l'aide d'un indicateur coloré ou suivi par une mesure instrumentale (pH-mètre, conductimètre, etc.).

Données de l'étude

On souhaite déterminer la concentration d'une solution d'acide chlorhydrique (HCl) par titrage avec une solution d'hydroxyde de sodium (NaOH) de concentration connue.

Matériel et solutions :

  • Solution à titrer : Acide chlorhydrique (HCl) de concentration \(C_{\text{HCl}}\) inconnue.
  • Volume de la prise d'essai de HCl : \(V_{\text{HCl}} = 20.0 \, \text{mL}\).
  • Solution titrante : Hydroxyde de sodium (NaOH) de concentration \(C_{\text{NaOH}} = 0.100 \, \text{mol/L}\).
  • Indicateur coloré : Bleu de bromothymol (BBT).
  • Le virage de l'indicateur (point d'équivalence) est observé après avoir versé un volume \(V_{\text{NaOH,eq}} = 18.5 \, \text{mL}\) de solution de NaOH.
Schéma : Montage de Titrage Acide-Base
{/* Support */} {/* Pince pour burette */} {/* Burette */} {/* Niveau liquide titrant */} {/* Ménisque haut */} Burette NaOH {/* Robinet de la burette */} {/* Erlenmeyer */} {/* Liquide analyte */} HCl + BBT {/* Agitateur magnétique et barreau */} Agitateur

Montage typique pour un titrage acide-base.

Questions à traiter

  1. Écrire l'équation de la réaction de titrage entre l'acide chlorhydrique (HCl) et l'hydroxyde de sodium (NaOH).
  2. Calculer le nombre de moles d'hydroxyde de sodium (\(n_{\text{NaOH,eq}}\)) versées à l'équivalence.
  3. En utilisant la stœchiométrie de la réaction, déterminer le nombre de moles d'acide chlorhydrique (\(n_{\text{HCl}}\)) présentes dans la prise d'essai de \(20.0 \, \text{mL}\).
  4. Calculer la concentration molaire (\(C_{\text{HCl}}\)) de la solution d'acide chlorhydrique.

Correction : Dosage par Titrage d'une Solution d'Acide Chlorhydrique

Question 1 : Équation de la Réaction de Titrage

Principe :

L'acide chlorhydrique (HCl) est un acide fort et l'hydroxyde de sodium (NaOH) est une base forte. Ils réagissent ensemble pour former un sel, le chlorure de sodium (NaCl), et de l'eau (H₂O). C'est une réaction de neutralisation.

Équation :
\[ \text{HCl}_{\text{(aq)}} + \text{NaOH}_{\text{(aq)}} \rightarrow \text{NaCl}_{\text{(aq)}} + \text{H}_2\text{O}_{\text{(l)}} \]

Les indices (aq) signifient "aqueux" (dissous dans l'eau) et (l) signifie "liquide".

Résultat Question 1 : L'équation de la réaction est \(\text{HCl}_{\text{(aq)}} + \text{NaOH}_{\text{(aq)}} \rightarrow \text{NaCl}_{\text{(aq)}} + \text{H}_2\text{O}_{\text{(l)}}\).

Quiz Intermédiaire 1 : Quelle est la stœchiométrie entre HCl et NaOH dans cette réaction ?

Question 2 : Nombre de Moles de NaOH (\(n_{\text{NaOH,eq}}\)) Versées à l'Équivalence

Principe :

Le nombre de moles (\(n\)) d'un soluté dans une solution peut être calculé en multipliant la concentration molaire (\(C\)) de la solution par son volume (\(V\)) en litres.

Formule(s) utilisée(s) :
\[n = C \times V\]

Où \(C\) est en mol/L et \(V\) est en L.

Données spécifiques :
  • Concentration de NaOH (\(C_{\text{NaOH}}\)) : \(0.100 \, \text{mol/L}\)
  • Volume de NaOH versé à l'équivalence (\(V_{\text{NaOH,eq}}\)) : \(18.5 \, \text{mL}\)
Calcul :

D'abord, convertir le volume de NaOH en litres :

\[ \begin{aligned} V_{\text{NaOH,eq, L}} &= \frac{18.5 \, \text{mL}}{1000 \, \text{mL/L}} \\ &= 0.0185 \, \text{L} \end{aligned} \]

Ensuite, calculer le nombre de moles de NaOH :

\[ \begin{aligned} n_{\text{NaOH,eq}} &= C_{\text{NaOH}} \times V_{\text{NaOH,eq, L}} \\ &= 0.100 \, \text{mol/L} \times 0.0185 \, \text{L} \\ &= 0.00185 \, \text{mol} \end{aligned} \]
Résultat Question 2 : Le nombre de moles de NaOH versées à l'équivalence est \(n_{\text{NaOH,eq}} = 0.00185 \, \text{mol}\).

Quiz Intermédiaire 2 : Si vous utilisez \(25.0 \, \text{mL}\) d'une solution de \(0.050 \, \text{mol/L}\) de NaOH, combien de moles de NaOH cela représente-t-il ?

Question 3 : Nombre de Moles de HCl (\(n_{\text{HCl}}\)) dans la Prise d'Essai

Principe :

À l'équivalence d'un titrage, le nombre de moles de la solution titrante ajoutée a réagi stœchiométriquement avec le nombre de moles de la solution titrée initialement présente. Selon l'équation de la réaction \(\text{HCl} + \text{NaOH} \rightarrow \text{NaCl} + \text{H}_2\text{O}\), 1 mole de HCl réagit avec 1 mole de NaOH.

Relation à l'équivalence :
\[n_{\text{HCl}} = n_{\text{NaOH,eq}}\]

(Basé sur la stœchiométrie 1:1 de la réaction)

Données spécifiques :
  • Nombre de moles de NaOH à l'équivalence (\(n_{\text{NaOH,eq}}\)) : \(0.00185 \, \text{mol}\) (calculé à la question 2)
Calcul :
\[ \begin{aligned} n_{\text{HCl}} &= n_{\text{NaOH,eq}} \\ &= 0.00185 \, \text{mol} \end{aligned} \]
Résultat Question 3 : Le nombre de moles de HCl dans la prise d'essai est \(n_{\text{HCl}} = 0.00185 \, \text{mol}\).

Quiz Intermédiaire 3 : Pour la réaction \(\text{H}_2\text{SO}_4 + 2\text{NaOH} \rightarrow \text{Na}_2\text{SO}_4 + 2\text{H}_2\text{O}\), si \(0.010 \, \text{mol}\) de NaOH sont consommées à l'équivalence, combien de moles de \(\text{H}_2\text{SO}_4\) étaient présentes ?

Question 4 : Concentration Molaire (\(C_{\text{HCl}}\)) de la Solution d'Acide Chlorhydrique

Principe :

La concentration molaire (\(C\)) d'une solution est calculée en divisant le nombre de moles de soluté (\(n\)) par le volume de la solution en litres (\(V_{\text{L}}\)).

Formule(s) utilisée(s) :
\[C = \frac{n}{V_{\text{L}}}\]
Données spécifiques :
  • Nombre de moles de HCl (\(n_{\text{HCl}}\)) : \(0.00185 \, \text{mol}\) (calculé à la question 3)
  • Volume de la prise d'essai de HCl (\(V_{\text{HCl}}\)) : \(20.0 \, \text{mL}\)
Calcul :

D'abord, convertir le volume de HCl en litres :

\[ \begin{aligned} V_{\text{HCl, L}} &= \frac{20.0 \, \text{mL}}{1000 \, \text{mL/L}} \\ &= 0.0200 \, \text{L} \end{aligned} \]

Ensuite, calculer la concentration de HCl :

\[ \begin{aligned} C_{\text{HCl}} &= \frac{n_{\text{HCl}}}{V_{\text{HCl, L}}} \\ &= \frac{0.00185 \, \text{mol}}{0.0200 \, \text{L}} \\ &= 0.0925 \, \text{mol/L} \end{aligned} \]

La concentration peut aussi être exprimée avec l'unité M (molaire). Donc, \(C_{\text{HCl}} = 0.0925 \, \text{M}\).

Résultat Question 4 : La concentration molaire de la solution d'acide chlorhydrique est \(C_{\text{HCl}} = 0.0925 \, \text{mol/L}\) (ou \(0.0925 \, \text{M}\)).

Quiz Q4 : Si \(0.005 \, \text{mol}\) d'un acide sont titrées et que le volume de la prise d'essai de cet acide était de \(25.0 \, \text{mL}\), quelle est la concentration de l'acide ?

Quiz Rapide : Testez vos connaissances (Récapitulatif)

1. Qu'est-ce que le point d'équivalence dans un titrage ?

2. La relation \(C_1V_1 = C_2V_2\) est souvent utilisée pour les calculs de titrage. Dans le cas d'une réaction 1:1, que représentent \(C_1V_1\) et \(C_2V_2\) à l'équivalence ?

3. Un indicateur coloré est utilisé dans un titrage pour :

Glossaire

Titrage (ou Dosage)
Technique d'analyse quantitative permettant de déterminer la concentration d'une espèce chimique en solution (l'analyte ou solution titrée) en la faisant réagir avec une autre espèce chimique en solution de concentration connue (le titrant ou solution titrante).
Analyte (ou Solution Titrée)
Solution dont la concentration est inconnue et que l'on cherche à déterminer par titrage.
Titrant (ou Solution Titrante)
Solution de concentration précisément connue utilisée pour réagir avec l'analyte lors d'un titrage.
Point d'Équivalence (P.E.)
Point du titrage où la quantité de titrant ajoutée est stœchiométriquement égale à la quantité d'analyte initialement présente. Les réactifs ont alors réagi complètement selon les proportions de l'équation chimique.
Indicateur Coloré
Substance chimique qui change de couleur au voisinage du point d'équivalence, permettant de le repérer visuellement.
Stœchiométrie
Étude des proportions quantitatives dans lesquelles les substances chimiques réagissent entre elles.
Prise d'Essai
Volume précis de la solution à titrer prélevé pour effectuer le dosage.
Dosage par Titrage d’une Solution - Exercice d'Application

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