ENSEIGNER
vendredi 24 novembre 2017
icar Vesion anglaise

THEME: Chimie 1ère S
  -  _ (Anciens programmes)  -  Chimie

Exercice 1: Vérification de la compréhension de la notion de titrage

 

(sans calculatrice)
Objectif : Titrage conductimétrique d’une solution d’ammoniac NH3(aq) de concentration inconnue par de l’acide chlorhydrique de concentration cA = 0,50 mol.L-1.

On prélève de façon précise 20,0 mL de la solution à titrer, que l’on introduit dans un bécher. On ajoute ensuite environ 80 mL d’eau distillée et on installe le dispositif de mesure conductimètrique. On verse alors de 2,0 mL en 2,0 mL, 20,0 mL de solution titrante en notant à chaque fois la conductivité s.

  1. Réalisation du titrage
    1. Quelle est la solution à titrer ?
    2. Avec quelle verrerie l'introduit-on dans le bécher ?
    3. Comment appelle-t-on l'autre solution ?
    4. Ecrire l’équation chimique de la réaction du titrage.
    5. A quelle catégorie de réactions chimiques appartient-elle ? Justifier la réponse en indiquant quels sont les couples en présence ?
    6. Que peut-on dire de l'acidité de chacune de ces solutions avant de commencer le titrage ?
    7. L’exploitation du titrage conduit à trouver un volume équivalent de 8,0 mL. A l’aide d’un tableau d’avancement, déterminer la concentration de la solution d’ammoniac. On justifiera le calcul en rappelant la définition de l'équivalence et en indiquant comment elle a été utilisée pour utiliser le tableau d'avancement dans ce calcul.

     

  2. Etude de la courbe de titrage
  3. Si nécessaire, on pourra négliger la variation de volume due à l'addition du réactif titrant.

    1. Que peut-on dire de la conductivitité de la solution titrée avant le titrage ?
    2. Avant l'équivalence, quel est le réactif limitant de la réaction de titrage ? En déduire les entités chimiques autre que H2O présentes dans le bécher.
    3. En quelle quantité (en mole) ces entités sont-elles présentes dans le bécher après le premier ajoute de 2,0 mL de solution titrante ? On pourra utiliser un tableau d'avancement comparable à celui établi en partie A.
    4. Sans faire de calcul, que peut-on dire de l'évolution de la conductivité lors de cet ajout ? Justifier la réponse.
    5. Toujours sans faire de calcul, prévoir la suite de l'évolution de la conductivité jusqu'à l'équivalence.
    6. Après l'équivalence, obtenue pour 8,0 mL, prévoir l'évolution de la conductivité. On utilisera les données.
    7. Représenter graphiquement l'évolution de la conductivité pendant ce titrage. Sur ce graphe, indiquer par un point A, en le justifiant, le moment ou l'on considère que la réaction de titrage commence et par un point B celui où l'on considère qu'elle est terminée.
      Données : Conductivités molaires ioniques : on admet que lH3O+ = 5lNH4+ et l H3O+ = 5lCl-
      La conductivité de l’eau distillée est considérée comme nulle.


But: Vérification de la compréhension de la notion de titrage

Cette activité a été mise au point après des observations des élèves pendant le TP dosage. Il est apparu qu’ils ne comprenaient pas bien quels sont les ions présents dans le bécher à chaque " instant " du titrage.

Corrigé: Vérification de la compréhension de la notion de titrage

  1. Réalisation du titrage

    1. La solution à titrer est la solution d'ammoniac.
    2. On effectue le prélèvement avec une pipette jaugée, c'est un instrument précis.
    3. L'autre solution est la solution titrante.
    4. L'équation du titrage est : H3O+ + NH3(aq) ® H2O + NH4+(aq).
    5. Cette équation correspond à une réaction acido-basique car les couples en présence sont les couples acide/base H3O+ / H2O et NH4+(aq) / NH3(aq)
    6. La solution titrée est basique et la solution titrante est acide. En effet, dans la solution titrée il y a la forme basique d'un couple NH3 alors que dans la solution titrante il y a la forme acide d'un couple H3O+.
    7. Tableau d'avancement (l'avancement et les quantités de matière sont données en mole


      H3O+ NH3(aq) H2O NH4+(aq)
      Etat initial x = 0 8,0.10-3´0,50 = 4,0.10-3 mol c´ 20,0.10-3 excès 0
      Etat final (à l'équivalence) xmax 4,0.10-3 - xmax c ´ 20,0.10-3 - xmax excès xmax

      Par définition de l'équivalence, les quantités de matières des réactifs ont été introduites en proportions stœchiométriques. On peut donc écrire :
      4,0.10-3 - xmax = 0 et c ´ 20,0.10-3 - xmax = 0 mol.
      De la première équation on déduit xmax = 4,0.10-3 mol.
      De la seconde on déduit c ´ 20,0.10-3 = xmax = 4,0.10-3 mol.
      soit c = 4,0.10-3/ 20,0.10-3 = 0,20 mol.L-1.

  2. Etude de la courbe de titrage
    1. A l'état initial, la solution titrée ne conduit pas puisqu'elle ne contient pas d'ions.
    2. Avant l'équivalence, l'acide est le réactif limitant donc il y a en solution l'excès d'ammoniac, des ions NH4+ et des ions Cl-.
    3. Le premier ajout de 2,0 mL apporte 2,0.10-3 ´ 0,50 = 1,0.10-3 mol d'ions H3O+ et autant d'ions Cl- . On peut établir le tableau d'avancement :


      H3O+ NH3(aq) H2O NH4+(aq)
      Etat initial x = 0 1,0.10-3 0,20 ´ 20,0.10-3 = 4,0.10-3 excès 0
      Etat final xmax 1,0.10-3 - xmax 4,0.10-3 - xmax excès xmax

      Le réactif limitant est H3O+ donc xmax = 1,0.10-3 mol.
      A l'état final il reste en solution :
      n(H3O+)= 0 mol (réactif limitant)
      n(NH3)=4,0.10-3 - xmax = 3,0.10-3 mol
      n(NH4+)= xmax = 1,0.10-3 mol.
    4. La conductivité augmente après cet ajout puisqu'il y a maintenant des ions.
    5. Avant l'équivalence, chaque 2 mL ajoutés apporte la même quantité de matière d'ions H3O+, soit 1,0.10-3 mol. Après réaction il se forme donc la même quantité de matière d'ions NH4+ par la réaction de titrage soit 1,0.10-3 mol. Dans le même ajout, 1,0.10-3 mol d'ions Cl- sont aussi ajoutés. La conductivité continue donc d'augmenter.
      On peut montrer que l'évolution de la conductivité en fonction du volume ajouté avant l'équivalence est une droite de la façon suivante :

      La quantité de matière de chaque ion
      (pour l'avancement x)
      La concentration de chaque ion
      n(H3O+) = 0 mol (réactif limitant)
      n(NH4+) = x = VA´ cA.
      n(Cl->) = x = VA ´cA.
      [H3O+] = 0 mol.L-1
      [NH4+] = VA ´ cA /V
      [Cl-] = VA ´ cA /V.

      la conductivité est de (lNH4+ + lCl- ) VA ´ cA/V ; c'est une droite en fonction de VA.
      (VA est la quantité d'acide ajouté depuis le début du titrage)
    6. Après l'équivalence, l'acide est en excès et chaque ajout de 2 mL apporte 1,0.10-3 mol d'ions H3O+ et autant d'ions Cl-. La conductivité augmente encore. Elle augment plus vite qu’avant l’équivalence puisque l’ion H3O+ a une conductivité molaire ionique plus grande que celle de NH4+.
      On peut éventuellement justifier comme suis :
      Avant l'équivalence, la conductivité augmente comme ( lNH4+ + lCl- ) ´ 1,0.10-3 soit 2 lCl- ´ 1,0.10-3 alors qu'après l'équivalence, elle augmente comme ( lH3O + + lCl- ) ´ 1,0.10-3 soit 6lCl- ´ 1,0.10-3 . La pente est donc 3 fois plus forte après l'équivalence qu'avant.)
    7. L'allure de la courbe est donc :
    (image à insérer)