Quantité de matière par une réaction chimique (dosages)
Objectifs
À la fin de ce chapitre, vous saurez :
• préciser le but d'un dosage et les qualités d'une réaction de dosage ;
• doser un acide fort par une base forte et repérer l'équivalence (pH-mètre, BBT) ;
• doser des ions fer (II) par les ions permanganate et repérer l'équivalence redox ;
• exploiter la relation entre les quantités de matière à l'équivalence pour calculer une concentration.
Situation
Un détartrant contient de l'acide chlorhydrique, un comprimé contre l'anémie des ions fer (II). Comment un laboratoire détermine-t-il la quantité exacte de ces espèces ? En les faisant réagir, jusqu'à l'équivalence, avec un réactif de concentration connue : c'est un dosage.
I. Dosage d'un acide fort par une base forte
1. Une réaction totale
On mélange 10 mL d'acide chlorhydrique et 10 mL de soude, toutes deux à 10-2 mol.L-1 : le pH du mélange vaut 7.
Une simple dilution (volume doublé) aurait donné [H3O+] = [OH-] = 5.10-3 mol.L-1. Or à pH 7, ces concentrations valent 10-7 mol.L-1 : les ions hydronium et hydroxyde ont donc réagi.
Les ions Na+ et Cl- sont spectateurs ; l'équation se réduit à :
C'est une réaction acide-base rapide et totale, souvent appelée neutralisation.
2. Suivi pH-métrique : le saut de pH
Dans 10 mL d'acide chlorhydrique à 0,01 mol.L-1 (pH = 2,0) additionné de BBT, on verse mL par mL de la soude à 0,01 mol.L-1, en mesurant le pH :
Observations
- VB < 10 mL : les ions OH- versés sont entièrement consommés ; le milieu reste acide, le BBT jaune, le pH augmente lentement.
- Entre 9 et 11 mL : saut de pH de 3,3 à 10,7 environ ; à VB = 10 mL, pH = 7 : la solution est neutre, le BBT est vert.
- VB > 10 mL : les ions OH- sont en excès ; le milieu est basique, le BBT bleu, le pH varie peu.
3. L'équivalence acido-basique
L'équivalence est atteinte quand la quantité d'ions H3O+ que peut fournir l'acide est égale à la quantité d'ions OH- apportée par la base. Les réactifs sont alors dans les proportions stœchiométriques.
Pour un acide fort et une base forte, le pH à l'équivalence vaut 7. On peut donc utiliser le bleu de bromothymol, dont la teinte change autour de pH 7 : jaune avant l'équivalence, bleu après ; l'équivalence correspond à la teinte verte, obtenue à la goutte près.
4. Réaliser un dosage
Doser une espèce, c'est déterminer sa quantité de matière ou sa concentration à l'aide d'une réaction de dosage, qui doit être rapide et totale.
Pour doser de l'acide chlorhydrique (CA inconnue) par de la soude (CB = 0,1 mol.L-1) :
Le protocole
- prélever à la pipette VA = 10 ou 20 mL d'acide, les verser dans un erlenmeyer, ajouter 2 à 3 gouttes de BBT (jaune) ;
- rincer la burette avec un peu de soude, puis la remplir jusqu'au zéro ;
- verser la soude en agitant ; s'arrêter dès que la couleur passe du jaune au vert-bleu, noter le volume ;
- recommencer : verser d'un coup un volume un peu inférieur, puis goutte à goutte jusqu'au virage ;
- prendre la moyenne VB.E de deux ou trois essais et calculer CA = CB.VB.EVA.
Pour doser la soude par l'acide, on inverse : la soude est dans l'erlenmeyer et le BBT vire du bleu au jaune.
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