Titrages

Cours · physique-chimie (terminale), chapitre 4 · terminale, spécialité physique-chimie · le début du chapitre, la suite sur Adloun

Le titrage est l'une des techniques expérimentales les plus importantes de la chimie analytique. Il permet de déterminer avec précision la concentration (ou la quantité de matière) d'une espèce chimique dissoute, appelée espèce titrée, en la faisant réagir avec une espèce de concentration connue, appelée espèce titrante. De la vérification de la teneur en acide d'un vinaigre au contrôle de la qualité de l'eau d'une piscine, en passant par les analyses biologiques et industrielles, les titrages sont omniprésents.

Dans ce chapitre, nous étudierons le principe général d'un titrage et les conditions que doit remplir la réaction support. Nous verrons comment repérer l'équivalence par différentes méthodes (indicateur coloré, pH-métrie, conductimétrie), comment exploiter quantitativement les résultats pour remonter à la concentration cherchée, et enfin une méthode alternative : le dosage par étalonnage, fondé sur la spectrophotométrie (loi de Beer-Lambert) ou sur la conductimétrie.

4.1 Principe d'un titrage

4.1.1 Définition et vocabulaire

Définition 4.1Titrage

Un titrage (ou dosage par titrage) est une technique qui permet de déterminer la concentration d'une espèce chimique en solution, appelée espèce titrée, en la faisant réagir progressivement avec une autre espèce de concentration connue, appelée espèce titrante (le réactif titrant).

On verse, généralement à l'aide d'une burette graduée, la solution titrante dans un volume précis de solution titrée jusqu'à atteindre l'équivalence.

Dans un titrage, le volume $V_{A}$ de la solution à doser (espèce titrée, concentration $c_{A}$ inconnue) est mesuré précisément à la pipette jaugée et placé dans un bécher. La solution titrante (concentration $c_{B}$ connue) est introduite dans la burette et versée par petites quantités.

4.1.2 Préparer la solution titrée : titre massique et densité

Les produits commerciaux (acides concentrés, détartrants, eaux de Javel...) sont souvent caractérisés par leur titre massique et leur densité plutôt que par une concentration molaire.

Définition 4.2Titre massique

Le titre massique $w$ d'une solution est la fraction massique du soluté : $w = \frac{m _{solut e ˊ}}{m _{solution}}$ (souvent exprimé en pourcentage). La densité $d$ de la solution est le rapport de sa masse volumique à celle de l'eau ( $ρ_{eau} = 1000 g \cdot L^{- 1}$ ).

Méthode : Concentration d'une solution commerciale

La concentration en quantité de matière du soluté (masse molaire $M$ ) d'une solution de titre massique $w$ et de densité $d$ vaut :

$c = \frac{m _{solut e ˊ}}{M V _{solution}} = \frac{w d ρ _{eau}}{M}$

Pour préparer une solution diluée de concentration donnée, on calcule d'abord $c$ , puis le facteur de dilution, et on prélève le volume de solution mère correspondant.

Exemple 4.3Acide chlorhydrique commercial

Une solution commerciale d'acide chlorhydrique a un titre massique $w = 37 %$ et une densité $d = 1, 19$ . Avec $M (HCl) = 36, 5 g \cdot mo l^{- 1}$ :

$c = \frac{0 , 37 \times 1 , 19 \times 1000}{36 , 5} \approx 12 mol \cdot L^{- 1}$

Pour obtenir $1, 0 L$ de solution à $0, 12 mol \cdot L^{- 1}$ (dilution au $1/100$ ), on prélève $10 mL$ de solution commerciale que l'on complète à $1, 0 L$ avec de l'eau distillée (en versant l'acide dans l'eau).

Définition 4.4Réaction support du titrage

La réaction support (ou réaction de titrage) est la réaction chimique entre l'espèce titrée et l'espèce titrante. Elle sert de support à la transformation et permet la détermination de la concentration cherchée.

Pour être exploitable, cette réaction doit être :

totale (ou quasi totale) : le réactif limitant est entièrement consommé ;
rapide : la transformation est pratiquement instantanée à l'échelle de l'observation ;
unique (sélective) : une seule réaction se produit entre les réactifs.

Proposition 4.5Nature de la réaction support

La réaction support d'un titrage est le plus souvent :

une réaction acide-base, par transfert de protons $H X^{+}$ ;
une réaction d'oxydoréduction, par transfert d'électrons.

Dans les deux cas, on écrit l'équation de la réaction à partir des couples mis en jeu (couples acide/base ou couples oxydant/réducteur).

Exemple 4.6Réaction support acide-base

Pour titrer une solution d'acide chlorhydrique (apportant les ions $H X_{3} O X^{+}$ ) par une solution d'hydroxyde de sodium (soude, apportant les ions $HO X^{-}$ ), la réaction support est :

$H X_{3} O X^{+} + HO X^{-} 2 H X_{2} O$

Cette réaction est totale et rapide : c'est une excellente réaction de titrage.

Exemple 4.7Réaction support d'oxydoréduction

Pour titrer une solution d'ions fer(II) $Fe X^{2 +}$ par une solution de permanganate de potassium (ions $MnO X_{4} X^{-}$ ) en milieu acide, les couples mis en jeu sont $MnO X_{4} X^{-} / Mn X^{2 +}$ et $Fe X^{3 +} / Fe X^{2 +}$ . La réaction support s'écrit :

$MnO X_{4} X^{-} + 5 Fe X^{2 +} + 8 H X^{+} Mn X^{2 +} + 5 Fe X^{3 +} + 4 H X_{2} O$

4.2 L'équivalence d'un titrage

4.2.1 Définition de l'équivalence

Définition 4.8Équivalence

L'équivalence d'un titrage est l'instant où l'espèce titrée et l'espèce titrante ont été introduites dans les proportions stœchiométriques de la réaction support.

Avant l'équivalence : le réactif titrant (versé) est le réactif limitant ; il est entièrement consommé.
À l'équivalence : les deux réactifs sont totalement consommés ; il y a changement de réactif limitant.
Après l'équivalence : le réactif titré (dans le bécher) est le réactif limitant ; le réactif titrant est désormais en excès.

Exercices du chapitre

Titrage des ions fer(II) par le permanganate corrigé
Repérage par la dérivée corrigé
Sens de variation en conductimétrie corrigé
Problème — Titrage conductimétrique et choix de méthode corrigé
Problème — Contrôle de la teneur en acide ascorbique d'un comprimé corrigé
Titrage d'un vinaigre corrigé

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