Solutions pour étalonner le pH-mètre








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date de publication27.03.2017
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Document pédagogique mis à la libre disposition de tous par le groupe Sciences Physiques de l’Académie de Toulouse



Document de travail “professeur” Chimie ~ Tronc commun Classe de Terminale S


FICHE T.P. 05 ANALYSE DE COURBES DE TITRAGES

pH-METRIQUES

Fiche élève

Objectifs.

  • Réaliser le suivi pH-métrique de la réaction entre l’acide éthanoïque et la soude.

  • Montrer, à partir de la courbe pH = f(VB), que l’équivalence correspond à un point singulier.

  • Proposer une méthode de titrage avec un indicateur coloré.

I. Matériel.


  • Poste de dosage :

  • becher ;

  • pH-mètre ;

  • agitateur magnétique ;

  • solutions pour étalonner le pH-mètre ;

  • burette graduée de 25 mL.

  • Pipette jaugée de 20,0 mL et sa propipette.

  • Une éprouvette graduée de 20 mL.

  • Pissette d’eau distillée ou déminéralisée.

  • Solutions :

  • soude de concentration CB = 1,00  10-1 mol.L-1 ;

  • acide éthanoïque de concentration CA = 5,00 10-2 mol.L-1.

  • Indicateurs colorés :

  • phénolphtaléine dont la zone de virage est 8,0 - 10,0 ;

  • hélianthine dont la zone de virage est 3,1 - 4,4.

II. Travail à effectuer.

1. Suivi pH-mètrique.


  • Etalonner le pH-mètre.

  • Placer la solution de soude dans la burette.

  • Placer 20,0mL de solution d’acide éthanoïque dans le becher et ajouter environ 20 mL d’eau distillée pour que l’électrode du pH-mètre soit recouverte.

  • Ajouter le turbulent dans le becher et placer celui-ci sur l’agitateur magnétique.

  • Verser progressivement la solution de soude dans le becher en relevant le pH après chaque ajout de manière à remplir le tableau suivant.(sur la page 1 et la page 2)

Numéro i de la mesure

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

VB (mL)

0,0

0,5

1,0

1,5

2,0

2,5

3,0

3,5

4,0

4,5

5,0

5,5

pH








































Numéro i de la mesure

13

14

15

16

17

18

19

20

21

22

23

24

VB (mL)

6,0

6,5

7,0

7,5

8,0

8,5

9,0

9,2

9,4

9,6

9,8

10,0

pH








































Numéro i de la mesure

25

26

27

28

29

30

31

32

33

34

35

36

37

VB (mL)

10,2

10,4

10,6

10,8

11,0

11,5

12,0

12,5

13,0

13,5

14,0

14,5

15,0

pH









































2. Tracé de la courbe pH = f(VB).

A l’aide d’un tableur, entrer les valeurs de VB et du pH dans les colonnes A et B et tracer la courbe pH = f(VB).

3. Détermination du volume de soude versée à l’équivalence (VBE).

  • A l’aide du tableau descriptif d’évolution du système, exprimer le volume VBE de soude versée à l’équivalence et le calculer.

  • On appelle point d’équivalence E, le point de la courbe pH = f(VB) d’abscisse VBE. Le porter sur la courbe. Que remarque-t-on ?

4. Analyse de la courbe pH = f(VB) dans la zone du saut de pH [8mL, 12mL].

  • Comment évolue le coefficient directeur (a) de la tangente à la courbe pH = f(VB) dans cette zone ?

  • En quel point de la courbe (a) semble-t-il maximum ? Ce point I est un point d’inflexion de la courbe.

  • Comment calculer (a) en un point de la courbe à partir des résultats expérimentaux ?

  • Dans la colonne C du tableur, taper la formule correspondante à celle trouvée précédemment.

  • Tracer sur le même graphique les courbes :

  • pH = f(VB)

  • a = g(VB)

  • Déterminer le point d’inflexion I de la courbe.

5. Conclusion.

  • Comparer le point d’équivalence E et le point d’inflexion I précédemment trouvés.

  • En déduire une méthode générale de repérage du point d’équivalence à partir d'une courbe pH = f(Vversé).

6. Choix d'un indicateur coloré pour un titrage donné.

  • Sur le graphe précédent, ajouter les zones de virage des indicateurs colorés proposés.

  • Quel est celui qui convient pour repérer l'équivalence ? Justifier ce choix.

  • Vérifier expérimentalement que l'indicateur coloré convient bien pour ce dosage : protocole puis réalisation.

7. Pour les plus rapides…

    1. Vérifier que le point équivalent E est accessible par la méthode géométrique dite « des tangentes ».

    2. Exprimer le quotient de réaction à l’équilibre et calculer la constante de réaction à l’équilibre de la réaction de ce dosage. A 25°C : pKe = 14 et pKA = 4,8 pour le couple CH3COOH / CH3COO-.

FICHE T.P. 05 ANALYSE DE COURBES DE TITRAGES

pH-METRIQUES

Fiche prof

I. Enjeu.


  • Savoir repérer le point d'équivalence E sur une courbe de suivi pH-métrique.

II. Objectifs du TP.


  • Savoir faire un dosage pH-métrique.

  • Savoir déterminer le point d'équivalence à partir de la courbe pH = f(Vversé).

  • Savoir choisir un indicateur coloré.

  • Savoir faire un dosage colorimétrique.



III. Prérequis.


  • Notions acide - base, pH.

  • Dosage - Equivalence - Tableau d'avancement.

  • Utilisation d'un tableur.

  • Zone de virage d'un indicateur coloré.



IV. Matériel et produits.


  • Poste de dosage :

  • becher ;

  • pH-mètre ;

  • agitateur magnétique ;

  • solutions pour étalonner le pH-mètre ;

  • burette graduée de 25 mL.

  • Pipette jaugée 20,0 mL et sa propipette .

  • Une éprouvette graduée de 20 mL.

  • Pissette d’eau distillée ou déminéralisée.

  • Solutions :

  • soude de concentration CB = 1,00  10-1 mol.L-1.

  • acide éthanoïque de concentration CA = 5,00  10-2 mol.L-1.

  • Indicateurs colorés :

  • phénolphtaléine ;

  • hélianthine.



ATTENTION : les concentrations des solutions doivent être très précises : il faut impérativement que VBE théorique et pratique coïncident !!!

V. Déroulement.


  • Suivi pH-métrique du dosage.

  • Obtention à l'aide du tableur de la courbe pH = f (VB).

  • Détermination du volume équivalent.

  • Obtention à l'aide du tableur des deux courbes et analyse.

  • Conclusion.

  • Choix de l'indicateur coloré et vérification.


VI. Exemple de compte-rendu élève.

1. But du TP.


Réaliser le suivi pH-métrique de la réaction entre l'acide éthanoïque et la soude.

Mettre en évidence le point d'équivalence sur la courbe pH = f (VB).

Savoir choisir et utiliser un indicateur coloré pour un dosage acide-base.

2. Courbe pH = f (VB).


Voir annexe.

3. Volume à l'équivalence (VBE).



Pour le dosage d'un acide par une base, établissons le tableau d'évolution des quantités de matière des espèces chimiques lorsqu'on a mélangé un volume VA de solution d'acide AH de concentration CA avec un volume VB de solution d'ions HO- de concentration CB.


Etat

Avancement

AH (aq) + HO- (aq)  A- (aq) + H2O (l)

Quantité de matière à l'état initial (mol)

0

ni(AH)=CAVA

ni(HO-)=CBVB

0

beaucoup

Quantité de matière en cours de transformation (mol)

x

n(AH)=CAVA-x

n(HO-)=CBVB-x

x

beaucoup

Quantité de matière à l'état final (mol)

xmax

nf(AH)=CAVA-xmax

nf(HO-)=CBVB-xmax

xmax

beaucoup


A l'équivalence, il y a changement de réactif limitant donc, dans cette situation, il ne reste ni AH, ni HO- dans le becher.

VB = VBE ;

nf(AH) = 0 ; CAVA - xmax = 0 ;

nf(HO-) = 0 ; CBVBE - xmax = 0 ; xmax = CAVA = CBVBE ; VBE = CAVA / CB

ici VBE = (5,00 10-2  20,0 / 0,100) = 10,0 mL
Quand on porte le point d'équivalence E sur la courbe, on remarque qu'il se situe dans la zone de brusque variation du pH.

4. Analyse de la courbe pH = f (VB) dans la zone du saut de pH.


  • On constate que le coefficient (a) de la tangente à la courbe augmente, passe par un maximum puis diminue.

  • Le point d'inflexion I semble voisin du point d'équivalence E.

  • On a : a = ; pour la mesure i :

  • Courbes : voir annexe.

  • Le point d'inflexion I de la courbe pH = f (VB) est le point de cette courbe qui a la même abscisse que le maximum de la courbe : a = g (VB).

5. Conclusion.


  • Le point d'équivalence E est confondu avec le point d'inflexion I.

  • Cette méthode peut être généralisée.



6. Choix d'un indicateur coloré.


  • Voir courbes en annexe.

  • La phénolphtaléine convient pour repérer l'équivalence car le pH à l'équivalence est inclus dans la zone de virage ou mieux le virage de l'incolore au rose se produit pour un volume
    VB = V*B très proche de VBE (différence entre V*B et VBE inférieure à une goutte de solution B).

  • Protocole pour un titrage avec indicateur coloré (dit titrage colorimétrique) :

    - placer dans le becher 20,0 mL de solution d’acide éthanoïque à l’aide de la pipette jaugée et
    quelques gouttes de phénolphtaléine ;

    - ajouter dans le becher la solution de soude jusqu’au changement de coloration ;

    - le volume alors versé est le volume à l’équivalence VBE.

7. Annexe.






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