Dosage acido-basique

Le cours

1. Principe général d'un dosage (titrage) acido-basique\n\nDéfinition : Un dosage (ou titrage) est une technique de chimie analytique qui permet de déterminer la concentration inconnue d'une espèce chimique (l'analyte) en la faisant réagir avec une solution de concentration connue (la solution titrante).\n\nDosage par étalonnage : On mesure une grandeur physique (pH, conductivité, absorbance) en fonction du volume de titrant ajouté. Le point d'équivalence est déterminé graphiquement.\n\nDosage par indicateur coloré (méthode des volumes équivalents) : On ajoute un indicateur dont le changement de couleur marque (approximativement) le point d'équivalence. On note alors le volume de titrant versé.\n\n## 2. Dispositif expérimental\n\nMatériel :\n- Burette graduée : Contient la solution titrante de concentration connue ($C_t$).\n- Bécher ou Erlenmeyer : Contient un volume précis ($V_a$) de la solution à doser, de concentration inconnue ($C_a$), éventuellement diluée. On y ajoute quelques gouttes d'indicateur coloré.\n- Support et pinces.\n- Pipette jaugée et poire à pipeter pour prélever $V_a$.\n- Agitateur magnétique (ou agitation manuelle).\n\nDescription du schéma 1 : Schéma légendé du montage de dosage\nDessiner le montage classique. À gauche, une burette graduée tenue par une pince sur un support. La burette est remplie de la solution titrante (ex. soude). Son robinet est visible. En dessous, un bécher (ou un erlenmeyer) posé sur un agitateur magnétique. Une barre aimantée est dans le bécher. Le bécher contient la solution à doser (ex. vinaigre dilué) + indicateur. Une flèche pointe vers le bécher depuis l'extrémité de la burette. Légender : "Burette contenant la solution titrante", "Solution à doser + indicateur", "Agitateur magnétique", "Volume équivalent $V_{eq}$ à lire sur la burette".\n\n## 3. Réaction support du dosage\n\nPour le dosage d'un acide (noté $AH$, qui peut être fort ou faible) par une base forte ($OH^-$), la réaction est :\n$$AH + OH^- \\rightarrow A^- + H_2O$$\nSi l'acide est fort, cette réaction est totale. Si l'acide est faible, elle est également totale car la base forte $OH^-$ est un réactif fort.\n\nÀ l'équivalence acido-basique, les quantités de matière d'acide et de base ont été mélangées dans les proportions stœchiométriques de la réaction :\n$$n_{acide}^{initial} = n_{base}^{versée à l'équivalence}$$\nSoit : $C_a \\times V_a = C_t \\times V_{eq}$\nOù $V_{eq}$ est le volume de titrant versé à l'équivalence.\n\n## 4. Choix de l'indicateur coloré\n\nLe choix est crucial pour que le changement de couleur (virage) se produise le plus près possible du point d'équivalence réel.\n\nRègle : La zone de virage de l'indicateur ($pK_a \\pm 1$) doit inclure le pH à l'équivalence du dosage.\n\n- Dosage acide fort par base forte (pH eq = 7) : BBT (zone 6,0-7,6), hélianthine (3,1-4,4) est à proscrire.\n- Dosage acide faible par base forte (pH eq > 7) : Phénolphtaléine (8,2-10,0) est parfaite. Le BBT peut convenir si le pH eq est proche de 7.\n- Dosage base faible par acide fort (pH eq < 7) : Hélianthine (3,1-4,4) ou BBT (si pH eq ~6).\n\nDescription du schéma 2 : Comparaison zone de virage et pH à l'équivalence\nReprésenter une échelle de pH de 0 à 14. Y superposer des bandes colorées représentant les zones de virage de trois indicateurs courants : Hélianthine (rouge 0-3,1 ; orange 3,1-4,4 ; jaune 4,4-14), BBT (jaune 0-6,0 ; vert 6,0-7,6 ; bleu 7,6-14), Phénolphtaléine (incolore 0-8,2 ; rose 8,2-14). Au-dessus, indiquer par des flèches le pH à l'équivalence pour trois dosages : "Acide fort/Base forte (pH=7)" (flèche sur BBT), "Acide faible/Base forte (pH≈9)" (flèche sur Phénolpht.), "Base faible/Acide fort (pH≈5)" (flèche entre Hélianthine et BBT). Montrer quel indicateur est adapté à chaque cas.\n\n## 5. Protocole de dosage du vinaigre\n\nBut : Déterminer la concentration $C_0$ en acide acétique $CH_3COOH$ dans un vinaigre commercial.\n\n1. Préparation de la solution à doser : Diluer 10 fois le vinaigre (prélever 10,0 mL avec une pipette jaugée, les introduire dans une fiole jaugée de 100 mL et compléter avec de l'eau distillée). La concentration diluée est $C_a = C_0 / 10$.\n2. Préparation de la burette : Rincer puis remplir la burette avec la solution de soude $NaOH$ de concentration connue $C_t = 0,10 mol.L^{-1}$.\n3. Prélèvement : Prélever $V_a = 10,0 mL$ de la solution diluée à l'aide d'une pipette jaugée, les introduire dans un erlenmeyer. Ajouter 2-3 gouttes de phénolphtaléine.\n4. Titrage : Sous agitation, ajouter la soude goutte à goutte. Lorsque la couleur rose persiste plus de 30 secondes après agitation, arrêter le titrage. Noter le volume $V_{eq}$ lu sur la burette.\n5. Calcul : $C_a = \\frac{C_t \\times V_{eq}}{V_a}$. Puis $C_0 = 10 \\times C_a$. En déduire le degré du vinaigre : $1°$ correspond à $1 g$ d'acide acétique pour $100 mL$. La masse molaire de $CH_3COOH$ est $M=60 g.mol^{-1}$.\n $$\\text{Degré} = C_0 (en \\, mol.L^{-1}) \\times M \\times 0,1$$\n (Le facteur 0,1 vient de "pour 100 mL" : $0,1 L$).\n\n## 6. Sources d'erreur et précautions\n\n- Rinçage correct de la verrerie (burette avec la solution titrante, pipette avec la solution à doser, erlenmeyer à l'eau distillée).\n- Lecture précise des volumes (lire la burette à l'horizontale, bas du ménisque).\n- Choix de l'indicateur adapté.\n- Agitation constante pour homogénéiser.\n- Détection fine du virage (première teinte persistante).\n\n## 7. Importance des dosages en contrôle qualité (Côte d'Ivoire)\n\n- Industrie alimentaire : Dosage de l'acidité des jus de fruits (ananas, orange), du vinaigre, du lait.\n- Agriculture : Analyse de l'acidité des sols (dosage des ions $H^+$ échangeables).\n- Environnement : Dosage de l'acidité des eaux de pluie ou des effluents industriels.\n- Pharmacie : Contrôle de la teneur en principe actif de médicaments.