Titrage avec suivi colorimétrique

Pour contrôler la qualité des produits, c’est-à-dire déterminer leur concentration dans une solution donnée, une des techniques utilisées dans les laboratoires de chimie est le titrage. Au cours d’un titrage colorimétrique, l’équivalence est repérée grâce à un changement de couleur.

I. Principe d’un titrage

Un titrage consiste à déterminer la quantité de matière et/ou la concentration d’une espèce en solution lors d’une réaction chimique, appelée réaction de titrage, dans laquelle un réactif titré, de concentration inconnue (que l’on cherche à déterminer), réagit avec un réactif titrant, de concentration connue. La réaction de titrage doit être : unique, totale, rapide et faire varier la couleur de la solution.

II. Définition et repérage de l’équivalence

L’équivalence d’un titrage est atteinte quand les réactifs ont été introduits dans les proportions stœchiométriques indiquées par les coefficients de l’équation de la réaction de titrage (dans l’état initial). Ils sont donc entièrement consommés dans l’état final. À l’équivalence, il y a changement de réactif limitant. Pour une réaction de titrage d’équation : aA(aq) + bB(aq) → cC(aq) + dD(aq) (où A est le réactif titré et B le réactif titrant), on a à l’équivalence :

n(A)initiala=n(B)versé à l'équivalenceb

Conseils

Indicez toujours les quantités de matière : « initial » pour l’une, « versé à l’équivalence » pour l’autre.

Lors d’un titrage colorimétrique, on détermine le volume équivalent VE (volume de solution titrante versé à l’équivalence) en repérant le changement de couleur de la solution.

Exemple : si le réactif titré est coloré et le réactif titrant incolore : la couleur disparaît au moment de l’équivalence.

La mesure du volume équivalent est entachée d’incertitude, qu’il faut préciser. Pour cela, il faut recommencer le titrage de très nombreuses fois et réaliser une moyenne. L’incertitude s’écrit avec 2 chiffres significatifs.

Méthode

Établir une relation à l’équivalence

On réalise le titrage colorimétrique d’un volume V1 d’une solution acidifiée de sulfate de fer (II) : (Fe2+(aq)+SO42–(aq)) de concentration C1 inconnue par une solution de dichromate de potassium : (2K+(aq)+Cr2O72–(aq)) de concentration C2. L’équation de la réaction de titrage est :

Cr2O72–(aq)+6 Fe2+(aq)+14 H+(aq)→2 Cr3+(aq)+6 Fe3+(aq)+7 H2O(ℓ)

Les ions H⁺ sont en large excès.

À l’équivalence, le volume de solution de dichromate de potassium versé est noté VE. La réalisation, plusieurs fois de suite du titrage, donne les mesures suivantes pour le volume équivalent :

a. Déterminer la relation qui lie C1, C2, V1 et VE à l’équivalence.

b. Déterminer la valeur moyenne du volume équivalent trouvé.

c. Calculer l’écart type σ sur cette mesure.

d. Écrire le résultat final sachant que VE=VE,moy±σN où N est le nombre de mesures réalisées.

Conseils

a. Commencez par écrire la relation, à l’équivalence, entre les quantités de matière des réactifs titrant et titré en tenant compte de la stœchiométrie. Utilisez ensuite le fait que n = C × V.

b. Utilisez le mode statistique de votre calculatrice.

c. L’écart type à retenir est celui qui est nomméσn–1 ou Sx sur vos calculatrices. Il a une unité, celle de la grandeur mesurée.

d. Adaptez l’écriture du résultat au fait que l’incertitude s’écrit avec 2 chiffres significatifs, sans oublier l’unité.

Solution

a. À l’équivalence, les réactifs ont été introduits dans les proportions stœchiométriques indiquées par les coefficients de l’équation de la réaction de titrage. Ainsi, n(Cr2O72–)versé à l’équivalence1=n(Fe2+)initial6,

soit 6×n(Cr2O72–)versé à l’équivalence= n(Fe2+)initial.

D’où 6C1 × V1 = C2 × VE.

b. La valeur moyenne du volume équivalent est : VE, moyen = 9,68 mL.

c. L’écart type vaut σ = 0,14 mL.

d. Le résultat s’écrit donc VE = (9,680 ± 0,044) mL, car N = 10.

Vérifiez que vous avez bien compris les points clés des fiches 5 à 9.