Titrage Colorimétrique

ACTIVITES

A1. Dosage par spectrophotométrie.

Certaines espèces sont colorés parce qu'elles absorbent une partie de la lumière visible. Cela permet d'analyser les solutions colorées. L'eau de Dakin est un antiseptique dermatologique marron utilisé notamment pour désinfecter la peau avant une intervention médicale.

Objectif : vérifier la concentration d'une solution commerciale à l'aide d'un dosage par étalonnage colorimétrique.

Doc1 : L'eau de Dakin..

L’eau de Dakin est une solution antiseptique utilisée pour le lavage des plaies et des muqueuses ». Il s’agit d’une solution d’hypochlorite de sodium dans laquelle on a dissous du permanganate de potassium de manière à obtenir une concentration massique Cm en permanganate de potassium de $C_m \ = \ 10 mg.L^{ \ -1}$ . Parmi toutes ces espèces chimiques, seuls les ions permanganate $MnO_4^{ \ -}$ sont colorés et donnent à la solution cette teinte violette, assimilable au magenta.

On veut "doser" les ions permanganate de la solution de Dakin, c’est-à-dire déterminer leur concentration à l’aide d’un spectrophotomètre. On commencera par estimer cette concentration en comparant la solution avec des solutions d’ions permanganate de concentrations connues constituant une échelle de teintes.

Doc2 : Spectrophotométrie

Un spectrophotomètre (ou colorimètre) est un appareil qui envoie une radiation de longueur d'onde $\lambda$ donnée à travers une solution placée dans une cuve et mesure son absorbance A.

Avant de l'utiliser pour un dosage par étalonnage, il faut :

$\bullet$ Sélectionner la longueur d'onde de travail où l'absorbance de la solution étudiée est maximale.

$\bullet$ régler l'absorbance à zéro pour une cuve de solvant ("faire le blanc").

Doc3 : Spectre d'absorption de $I_{ \ 2}$

Permaganate

Doc4 : matériel et produits à disposition.

$\bullet$ Pipettes jaugées à 5, 10, 20 et 25 mL.

$\bullet$ Fiole jaugée de 50 mL.

$\bullet$ Eau distillée.

$\bullet$ Tableur informatique ou papier.

$\bullet$ Solution $S_{B}$ de Bétadine^® dermique 10% diluée 10 fois.

$\bullet$ Solution aqueuse $S_{ \ 0}$ de permanganate de potassium de concentration $C_{ \ 0} = 1,00 \times 10^{ \ -4} \ mol.L^{ \ -1}$

•A partir de la solution S₀, compléter le tableau suivant, et faire valider par l'enseignant.

Solution	S₀	S₁	S₂	S₃	S₄	S₅	S₆
Concentration (mmol.L^-1)	$2,00.10^{ \ -4}$	$1,00.10^{ \ -4}$	$5,00.10^{ \ -5}$	$4,00.10^{ \ -5}$	$2,50.10^{ \ -5}$	$2,00.10^{ \ -5}$	$1,00.10^{ \ -5}$
Volume de S₀ à prélever	......	......	......	......	......	......	......

• Une fois le tableau validé par l'enseignant, réaliser l'échelle de teinte.

• A quelle longueur d'onde se placer pour effectuer les mesures ? Justifier.

• Pour chacune des solutions, mesurer l'absorbance.

Solution	S₀	S₁	S₂	S₃	S₄	S₅	S₆
Absorbance A	..........	..........	..........	..........	..........	..........	..........

• Tracer le graphe représentant l'absorbance A en fonction de la concentration en diiode c.

• La loi de Beer-Lambert stipule que l'absorbance A est proportionnelle à la concentration c. Cette loi est-elle vérifiée dans notre cas ? Si oui, tracer la fonction correspondant et donner son expression.

Donner alors la valeur de la concentration en diiode $MnO_4^{ \ -}$ de la solution commerciale.

• Comparer cette valeur à la valeur indiquée sur le flacon.

A2. Dosage par titrage d'une solution colorée.

La povidone iodée, commercialisés sous le nom de Bétadine est employée dans la pharmacopée comme antiseptique.

Objectif : Découvrir le principe d'un dosage par titrage et en faire l'exploitation.

Doc 1 : Titrage du diiode.

1. Préparation de la burette.

- Rincer la burette à l'eau distillée, puis à la solution titrante de thiosulfate du sodium.

- La remplir de solution titrante au-dessus de la graduation zéro.

- Faire couler la solution titrante pour chasser les bulles d'air, pour amener le ménisque à la graduation zéro.

2. Préparation de la solution titrée.

- Prélever $V \ = \ 10,0 mL$ de solution titrée de polyvidone à la pipette jaugée, préalablement rincée. Les verser dans l'erlenmeyer.

- Ajouter un barreau aimanté et placer le tout sur agitation magnétique.

3. Réalisation du titrage.

- Verser goutte à goutte la solution titrante en observer la couleur du mélange.

- Juste avant décoloration, ajouter quelques gouttes d'empois d'amidon (bleu en présence de diiode) pour repérer la première goutte où il n'y a plus de diiode.

- Noter le volume $V_{ \ eq}$ de solution titrante versé à la décoloration.

Doc 2 : Matériel et produits.

Burette graduée de 25 mL

Agitateur magnétique et barreau aimanté

Erlenmeyer de 125 mL

Pipette jaugée de 10 mL

Solution de thiosulfate de sodium de concentration $c \ = 5,00 \ 10^{ \ -3} \ mol.L^{ \-1}$

polyvidone à 10% diluée 10fois. L'indication sur le flacon 10% signifie que le produit contient 10 g de povidone pour 100 mL.

Doc 3 : Données.

$\bullet$ Couples d'oxydoréduction mis en jeu : $I_{2} / I^- \ et \ S_4O^{2-}_6 / S_2O^{2-}_3$

$\bullet$ Masse molaire du diiode :

$\bullet$ $M_{polyvidone} = 2368,5 g.mol^{-1}$

Nom, formules et couleurs en solution aqueuse des espèces mises en jeu.

Diiode	Ion Iodure	Ion thiosulfate	Ion sodium	Ion tétra thionate
$I_2$	$I^{ \ -}$	$S_2O^{2-}_3$	$Na^{ \ +}$	$S_4O^{2-}_6$
Jaune	Incolores

On envisage le titrage du diiode dont le protocole est donné.

A l'aide des couples d'oxydoréduction, identifier le réactif titré à le réactif titrant.
Ecrire la réaction support du titrage.
Donner le nom correspondant à chaque numéro sur le schéma du montage.

Titrage.

Réaliser le titrage et noter le volume équivalent V_E.
Justifier que la décoloration indique bien que le titrage a atteint son équivalence.

Exploitation.

Exprimer la quantité de matière n de réactif titrant apporté à l'équivalence.
En utilisant l'équation de la réaction de titrage et, éventuellement, un tableau d'avancement, en déduire la quantité de matière de diiode initialement présent, notée n₁.
En déduire la concentration en quantité de matière, puis en masse de polyvidone.
Comparer cette valeur à celle attendue.

Exercices :

8 ; 10 ; 18 ; 22 ; 23 ; 24 ; 26 ; 28 ; 30 ; 38 ; 40 ; 45 ; 46 P 29 à 38

COURS

C0. Vocabulaire.

C01. Dosage.

Détermination d'une quantité de matière ou d'une concentration.

C02. Dosage par étalonnage.

Détermination de la concentration (ou de la quantité de matière) d’une espèce chimique en solution en comparant une grandeur physique caractéristique de cette solution (par exemple l’absorbance) à celles de solutions étalons.

Il s’agit d’une méthode non destructive car l’espèce à doser demeure intacte.

C03. Dosage par titrage.

Détermination de la concentration (ou de la quantité de matière) d’une espèce chimique dissoute dans une solution, en utilisant une réaction chimique.

Il s’agit d’une méthode destructive car la réaction chimique consomme l’espèce à doser.

C04. Réactif titré.

Espèce chimique de la solution titrée dont on veut déterminer la quantité de matière.

C05. Réactif titrant.

Espèce chimique de la solution titrante, de concentration connue, et qui réagit avec le réactif titré.

C06. Equivalence d'un titrage.

Etat où le réactif titrant et le réactif titré ont été apportés dans les conditions stoechiométriques.

C1. Dosage par étalonnage colorimétrique.

C11. Absorbance et spectre d'absorption.

• Le spectre d'absorption d'une espèce chimique en solution est une courbe obtenue à l'aide d'un spectrophotomètre.

•Cette courbe représente l'absorbance A de la solution en fonction de la longueur d'onde λ.

L'absorbance représente la capacité d'une solution à absorber la lumière à une longueur d'onde donnée.

Si A = 1, seul un dixième de la puissance lumineuse est transmise.
Si A = 2, seul un centième est transmis.

Si A = 0, la solution est transparente.

C12. Couleur d'une espèce en solution.

La couleur d'une espèce chimique en solution est liée à son spectre : c'est la couleur d'une lumière obtenue par synthèse soustractive.

La couleur observée est la couleur complémentaire de la couleur absorbée.

Exemple :

Le spectre d'absorption d'une solution de sulfate de cuivre montre que cette solution absorbe au maximum dans le rouge.

Sa couleur est cyan.

C13. Loi de Beer-Lambert.

L'absorbance A d'une solution, contenant une seule substance à la longueur d'onde λ est proportionnelle à la concentration c de cette substance et à la longueur l de la solution traversée :

$A = \varepsilon \times \ell \times c$

A : absorbance sans unité

ε : coefficient d'absorption en L.mol^-1.cm^-1

l : largeur de la cuve en cm

c : concentration molaire en mol.L^-1

C14. Principe d'un dosage par étalonnage.

1. Réaliser une échelle de teintes de concentrations connues de solutions du même soluté que la solution à étudier.

2. Pour chaque concentration c des solutions de l'échelle de teintes, mesurer l'absorbance A.

3. Tracer A en fonction de c. C'est une droite linéaire d'étalonnage si la loi de Beer-Lambert est vérifiée.

4. Mesurer l'absorbance A_x de la solution à analyser et utiliser la courbe précédente pour déterminer sa concentration c_x.

échelle de teintes

droite d'étalonnage

C2. Dosage par titrage.

C21. Définitions et vocabulaire.

La solution à analyser est la solution titrante, cette solution contient l'espèce à titrer dont ou souhaite déterminer la concentration.

Cette espèce réagit avec l'espèce titrante dont on connait la concentration.

Les deux espèces réagissent selon la réaction support du titrage. Cette réaction doit être rapide et totale.

C22. Equivalence du titrage.

Avant l'équivalence, le réactif limitant est le réactif titrant, il est totalement consommé.
A l'équivalence, le réactif titrant a été apporté dans les conditions stoechiométriques : il n'y a plus de réactif titrant, ni de réactif titré.
Après l'équivalence, le réactif titré est le réactif limitant.
Le volume équivalent est le volume de titrant qu'il a fallu apporter pour être dans les conditions stoechiométriques.

NB : A l'équivalence, les réactifs sont présents dans les conditions stoechiométriques.

Pour une réaction :

$a \ A + b \ B \longrightarrow c \ C + d \ D$

$\dfrac {n_A}{a}= \dfrac {n_B}{b}$

C23. Repérage de l'équivalence.

Dans le cas où le réactif titré est coloré, sa couleur disparaît à l'équivalence.
Dans le cas où le réactif titrant est coloré, sa couleur persiste dès l'équivalence.

Remarque :

Dans notre cas, nous n'utiliserons que des titrages colorimétriques.

Dans d'autres cas, l'équivalence peut être repérée autrement : mesure du pH, de la conductivité…

C24. Exploitation.

Lors d'un titrage, les informations nécessaires et utiles sont :