QCM N° 03 Les méthodes d'analyse chimique.

QCM N° 03 Méthodes d’analyse chimique Les méthodes de suivi d’un titrage La composition d’un système AIDE Pour chaque question, indiquer la (ou les) bonne(s) réponse(s).
	Énoncé	A	B	C	R
1	Un dosage par titrage nécessite :	Une réaction chimique	Le tracé d’une courbe d’étalonnage	Des réactifs titrant et tiré	AC
2	La réaction support d’un titrage doit toujours être :	Rapide	Du type acide-base	totale	AC
3	À l’équivalence d’un titrage :	Le volume du réactif titré est égal à celui du réactif titrant	Les réactifs titré et titrant ont été introduits en proportions stœchiométriques.	Le réactif titré a totalement réagi	BC
4	L’équation de la réaction support du titrage d’une solution d’acide fumarique C₄H₄O₄ (aq) par une solution d’hydroxyde de sodium s’écrit : C₄H₄O₄ (aq) + 2 HO^– (aq) → C₄H₂O₄^2– (aq) + 2 H₂O (ℓ) À l’équivalence du titrage :				B
5	Un titrage peut être suivi par :	Conductimétrie	Colorimétrie	pH-métrie	ABC
6	L’équivalence d’un titrage suivi par conductimétrie est repérée grâce :	Au saut de conductivité	Au changement de pente de la courbe σ = f (V_titrant)	À la méthode de la courbe dérivée	B
7	L’équivalence d’un titrage suivi par pH-métrie est repérée grâce :	À la méthode des tangentes	À la méthode de la courbe dérivée	Au changement de pente de la courbe σ = f (V_titrant)	AB
8	Lors d’un titrage suivi par conductimétrie :	De verser la solution titrante mL par mL	De resserrer les mesures à l’approche de l’équivalence	D’ajouter un grand volume d’eau avant titrage	AB
9	Soit le titrage suivi par conductimétrie d’une solution d’acide chlorhydrique par une solution d’hydroxyde de sodium. L’équation de la réaction support du titrage s’écrit : H₃O⁺ (aq) + HO^–(aq) → 2 H₂O (ℓ)	Avant l’équivalence : la quantité d’ions oxonium H₃O⁺ (aq) diminue	Avant l’équivalence : la quantité d’ions hydroxyde HO^– (aq) diminue	Avant l’équivalence : la quantité d’ions chlorure Cℓ^– (aq) diminue	A
10	Soit le titrage suivi par conductimétrie d’une solution d’acide chlorhydrique par une solution d’hydroxyde de sodium. L’équation de la réaction support du titrage s’écrit : H₃O⁺ (aq) + HO^–(aq) → 2 H₂O (ℓ)	Après l’équivalence : la quantité d’ions oxonium H₃O⁺ (aq) est nulle	Après l’équivalence : la quantité d’ions hydroxyde HO^– (aq) augmente	Après l’équivalence : la quantité d’ions chlorure Cℓ^– (aq) augmente	AB

Titrer une espèce chimique en solution,

c’est déterminer sa concentration molaire dans la solution

Le but du titrage ou d’un dosage est de déterminer

la concentration molaire d’une espèce chimique M présente

dans un volume donné et précis d’une solution.

Équivalence d’un titrage :

À l’équivalence, les réactifs sont dans

les proportions stœchiométriques définies

par les coefficients de la réaction.

À l’équivalence, il n’y a pas de réactif limitant.

L’équivalence d’un titrage est atteinte lorsqu’on a réalisé

un mélange stœchiométrique des réactifs titré et titrant.

La relation à l’équivalence permet de déterminer

la quantité de réactif titré.

Équation de titrage :	a A	+ b B	→	c C	+ d D
Quantités de matière à l’équivalence	n₀ (A)	n_E (B)
Coefficient stœchiométriques	a	b
Relation à l’équivalence

Avant l’équivalence

Le réactif titrant est totalement consommé,

c’est le réactif limitant

Il reste encore du réactif titré : il est en excès.

À l’équivalence :

Le réactif titrant et le réactif titré sont totalement consommés.

Ils sont tous les deux limitants (mélange stœchiométrique).

Après l’équivalence

Le réactif titré est totalement consommé :

c’est le réactif limitant.

Maintenant, c’est le réactif titrant qui est en excès.

En conclusion

À l’équivalence du titrage,

il y a changement de réactif limitant

Densité sans unité

Il faut exprimer les deux masses

volumiques dans la même unité

Le plus souvent : (g . L^–1) ou (kg . L^–1)

ou (kg . m^–3)

P_m (E)

Titre massique en pourcent sans unité

m (E)

Il faut exprimer les deux masses

dans la même unité

Le plus souvent : (g) ou (kg)


t (E)	Concentration en masse (g . L^–1)
m (E)	Masse de l’espèce chimique E (g)
V_solution	Volume de la solution (L)

Avant l’équivalence
Ions	V_B < V_E
Na⁺	Ion spectateur versé : n (Na⁺) quand V_B
HO^–	Réactif limitant n (HO^–) = 0	0
H₃O⁺	Réactif en excès : n (H₃O⁺) quand V_B
Cℓ^–	Ion spectateur contenu dans le bécher : n (Cℓ^–) constante	=
Segment de droite	La courbe est un segment de droite de coefficient directeur négatif, Car λ (Na⁺) < λ (H₃O⁺) Le coefficient directeur de la droite est proportionnel à :{ λ (Na⁺) – λ (H₃O⁺)}

Après l’équivalence
Ions	V_B > V_E
Na⁺	Ion spectateur versé : n (Na⁺) quand V_B
HO^–	Réactif en excès : n (HO^–) quand V_B
H₃O⁺	Espèce entièrement consommée : n (H₃O^+–) = 0	0
Cℓ^–	Ion spectateur contenu dans le bécher : n (Cℓ^–) constante	=
Segment de droite	La courbe est un segment de droite de coefficient directeur positif. Car n (HO^–) et n (Na⁺) Le coefficient directeur de la droite est proportionnel à :{ λ (Na⁺) + λ (HO^–)}

Établir la composition d’un système, au cours d’un titrage,

consiste à déterminer les quantités de matière des différentes

espèces présentes dans le milieu réactionnel

Équation de la réaction de titrage
Équation		AH₂ (aq)	+ 2 HO^– (aq)	→	A^2– (aq)	+ 2 H₂O (ℓ)
État du système	Avanc.	n (AH₂)	n (HO^–)		n (A^2–)	solvant
État initial (mmol)	x = 0	0,40	0,50		0	solvant
Au cours de la transformation (mmol)	x	0,40 – x	0,50 – 2 x		x	solvant
Avancement Final (mmol)	x_f	n₀ (AH₂) – x_f = 0	0		x_f	solvant
Avancement Final (mmol)	0,25	0,15	0 Réactif limitant		0,25	solvant

- L’outil de détermination de cette quantité de matière est la réaction chimique :

- C’est la réaction de dosage ou de titrage.

- Cette réaction doit être rapide, totale, spécifique et unique

- Quantité de matière initiale du réactif titré A :

- On connaît le volume utilisé : VA

- La concentration du réactif titré A : CA = ?

- n0 (A) = CA . VA

- Quantité de matière à l’équivalence du réactif titrant B :

- Volume versé à l’équivalence du réactif titrant B : VB = VE

- Le volume VE est le volume versé de solution titrante lorsque l’équivalence est atteinte.

- La concentration du réactif titrant est connue : CB

- nE (B) = CB . VE

- En conclusion :

- On en déduit la concentration CA du réactif titré recherché :

-

- Le réactif titré A est mis dans un bécher ou un erlenmeyer

- Le réactif titrant B est mis dans la burette de Mohr.

- On étudie le système avant l’équivalence, à l’équivalence et après l’équivalence.

- Lors d’un titrage colorimétrique, on repère l’équivalence par un changement de couleur du mélange réactionnel.

- C’est le cas lorsque l’on teste une espèce colorée.

- Il est parfois possible d’utiliser un indicateur de fin de réaction pour observer un changement de couleur à l’équivalence si les réactifs ne sont pas colorés.

- On ajoute alors un indicateur coloré adapté à la réaction chimique.

- Un titrage peut être suivi par :

- colorimétrie ;

- pH-métrie ;

- conductimétrie.

- Le suivi d’une transformation chimique par titrage est une méthode destructive.

- Exemple de montage :

- À un volume VA = 10,0 mL d’acide chlorhydrique de concentration CA,

- On ajoute progressivement de la soude (solution aqueuse d’hydroxyde de sodium) de concentration CB = 1,0 × 10–1 mol . L–1.

- On mesure le pH de la solution initiale et le pH de la solution obtenue après chaque ajout de soude.

- La réaction support de titrage est une réaction acido-basique.

- Réaction entre une solution aqueuse d’hydroxyde de sodium (soude) et une solution aqueuse d’acide chlorhydrique.

- Équation bilan :

- Cette réaction est rapide, unique et totale.

- Représentation graphique de pH = f (VB) :

- Le point équivalent E :

- Le point équivalent est le point d’inflexion de la courbe pH = f (VB).

- Au point équivalent, on change de réactif limitant et la courbe change de concavité.

- Le point équivalent est caractérisé par ses coordonnées : pHE et VE.

- On peut déterminer les coordonnées du point équivalent par :

- La méthode des tangentes.

- La méthode de la courbe dérivée.

- Elle permet par une méthode graphique de déterminer les coordonnées du point équivalent E.

- On trace deux tangentes à la courbe pH = f (VB), parallèles et situées de part et d'autre du point d'équivalent (point d'inflexion de la courbe) et suffisamment proche de l'équivalence.

- On trace ensuite la parallèle à ces deux tangentes, équidistantes de celles-ci.

- Son point d'intersection avec la courbe définit le point équivalent E.

- Exploitation graphique :

- Coordonnées du point équivalent E :

- pHE ≈ 7,0 et VE ≈ 9,8 mL

- On peut déduire de ceci la concentration de la solution titrée : solution d’acide chlorhydrique.

- Pour repérer le point équivalent E, on peut tracer la courbe représentant le coefficient directeur a de la tangente à la courbe pH = f (VB).

- Le coefficient a est défini par la relation :

- L’abscisse VE du point équivalent E est l’abscisse de l’extremum de la courbe représentant en fonction de VB.

- Exploitation graphique :

- L’abscisse VE du point équivalent E est l’abscisse de l’extremum de la courbe représentant en fonction de VB

- VE ≈ 9,8 mL

- On dose, par titrage conductimétrique,

- une solution SA d’acide chlorhydrique {H3O+ (aq) + Cℓ– (aq)},

- par une solution SB d’hydroxyde de sodium, {Na+ (aq) + HO– (aq)}.

- L’équation de la réaction de titrage est :

- Le suivi du titrage par conductimétrie permet de tracer le graphe σ = f (VB) ci-dessous.

- Schéma du montage :

- À un volume VA = 10,0 mL d’acide chlorhydrique de concentration CA,

- On ajoute V = 250 mL pour négliger le phénomène de dilution

- On ajoute progressivement de la soude (solution aqueuse d’hydroxyde de sodium) de concentration CB = 1,0 × 10–1 mol . L–1.

- On mesure la conductivité σ de la solution initiale et la conductivité σ de la solution obtenue après chaque ajout de soude.

- Le suivi du titrage par conductimétrie permet de tracer le graphe σ = f (VB).

- Le point équivalent est le point de rupture de courbe de σ = f (VB).

- Au point équivalent, on change de réactif limitant et la courbe change de segment de droite.

- Le point équivalent est caractérisé par ses coordonnées : σE et VE.

- Coordonnées du point équivalent E :

- σE ≈ 0,90 mS . cm–1 et VE ≈ 10,8 mL

- On peut déduire de ceci la concentration de la solution titrée : solution d’acide chlorhydrique.

- Tableau récapitulatif :

- Exemple :

- Composition de la solution contenue dans le bécher après ajout du volume VB = 5,0 mL d’hydroxyde de sodium :

- Quantités de matière initiales :

- n0 (AH2) = CA . VA

- n0 (AH2) ≈ 0,40 mmol

- On connaît le volume utilisé : V_A

- La concentration du réactif titré A : C_A = ?

- n₀ (A) = C_A . V_A

- Volume versé à l’équivalence du réactif titrant B : V_B = V_E

- Le volume V_E est le volume versé de solution titrante lorsque l’équivalence est atteinte.

- La concentration du réactif titrant est connue : C_B

- n_E (B) = C_B . V_E

- On en déduit la concentration C_A du réactif titré recherché :

- À un volume V_A = 10,0 mL d’acide chlorhydrique de concentration C_A,

- On ajoute progressivement de la soude (solution aqueuse d’hydroxyde de sodium) de concentration C_B = 1,0 × 10^–1 mol . L^–1.

- Représentation graphique de pH = f (V_B) :

- Le point équivalent est le point d’inflexion de la courbe pH = f (V_B).

- Le point équivalent est caractérisé par ses coordonnées : pH_E et V_E.

- On trace deux tangentes à la courbe pH = f (V_B), parallèles et situées de part et d'autre du point d'équivalent (point d'inflexion de la courbe) et suffisamment proche de l'équivalence.

- pH_E ≈ 7,0 et V_E ≈ 9,8 mL

- Pour repérer le point équivalent E, on peut tracer la courbe représentant le coefficient directeur a de la tangente à la courbe pH = f (V_B).

- L’abscisse V_E du point équivalent E est l’abscisse de l’extremum de la courbe représentant en fonction de V_B.

- L’abscisse V_E du point équivalent E est l’abscisse de l’extremum de la courbe représentant en fonction de V_B

- V_E ≈ 9,8 mL

- une solution S_A d’acide chlorhydrique {H₃O⁺ (aq) + Cℓ^– (aq)},

- par une solution S_B d’hydroxyde de sodium, {Na⁺ (aq) + HO^– (aq)}.

- Le suivi du titrage par conductimétrie permet de tracer le graphe σ = f (V_B) ci-dessous.

- À un volume V_A = 10,0 mL d’acide chlorhydrique de concentration C_A,

- On ajoute progressivement de la soude (solution aqueuse d’hydroxyde de sodium) de concentration C_B = 1,0 × 10^–1 mol . L^–1.

- Le suivi du titrage par conductimétrie permet de tracer le graphe σ = f (V_B).

- Le point équivalent est le point de rupture de courbe de σ = f (V_B).

- Le point équivalent est caractérisé par ses coordonnées : σ_E et V_E.

- σ_E ≈ 0,90 mS . cm^–1 et V_E ≈ 10,8 mL

- Composition de la solution contenue dans le bécher après ajout du volume V_B = 5,0 mL d’hydroxyde de sodium :

- n₀ (AH₂) = C_A . V_A

- n₀ (AH₂) ≈ 0,40 mmol

- n₀ (HO^–) = C_B . V_B = 1,00 × 10^–1 × 5,0 × 10^–3

- n₀ (HO^–) ≈ 5,0 × 10^–4 mol

- n₀ (HO^–) ≈ 0,50 mmol

- Le volume V_B < V_E