Titrage avec suivi colorimétrique

Titrage avec suivi colorimétrique

Titrage avec suivi colorimétrique

I. Position du problème

A. Titrage

Un titrage c’est la détermination de la concentration, qu’on peut noter C1, en une espèce chimique dans une solution inconnue. Comment fait-on cela ? On réalise une réaction chimique avec l’espèce chimique contenue dans la solution.

B. Suivi colorimétrique  

Pour faire le titrage, on sait qu’on fait une réaction chimique et l’objectif est de suivre cette réaction chimique, de savoir où l’on en est dans la réaction. Pour faire cela, dans un suivi colorimétrique, une des espèces chimiques va être une espèce colorée. Soit on aura un produit coloré qui va apparaître, soit un réactif coloré qui va disparaître. Dans tous les cas, il y aura une des espèces chimiques qu’on pourra voir avec nos yeux.

C. Exemple

La solution inconnue, dont on s’intéresse à la concentration, va contenir du diiode (I₂) coloré, qui est appelé réactif titré. On va faire réagir I₂ avec du S₂O₃^2- qui est contenu dans une autre solution : la solution titrante. Ce réactif titrant sera incolore. C’est cette solution titrante que l’on va verser pour titrer la solution inconnue. Dans les produits, on obtient du I^– et du S₄O₆^2-, qui sont des espèces incolores.

On a l’équation bilan : I_2(aq) + 2S₂O₃^2-_(aq) à 2I^–_(aq) + S₄O₆^2-_(aq).

D. Expérimentalement

On va mettre la solution de concentration inconnue (à titrer) dans un bécher et on va en prendre un volume V1. Petit à petit, on va ajouter, grâce à une burette graduée, la solution titrante de concentration connue qui contient du S₂O₃^2-_. On va en ajouter en tournant le robinet de la burette graduée.

II. Equivalence

A. Définition

On rappelle la réaction qui avait lieu lors du titrage : I_2(aq) + 2S₂O₃^2-_(aq) à 2I^–_(aq) + S₄O₆^2-_(aq).

On va d’abord s’intéresser au contenu du bécher.

On a représenté quatre molécules de diiode. Dans la réalité, il y en a beaucoup plus, ici la représentation est donnée à titre d’exemple. D’après la réaction, on voit qu’une molécule de diiode réagit avec deux molécules de S₂O₃^2-. On va les représenter en rouge :

Quand on commence à verser la solution de S₂O₃^2-, les molécules de S₂O₃^2- vont réagir avec le I₂. Au début, le I₂ est en excès alors que le S₂O₃^2- est le réactif limitant car dès qu’on en ajoute, il est consommé par la réaction. On arrive ensuite à un stade où on a ajouté assez de S₂O₃^2- pour qu’il ait réagi avec tout le diiode. On parle alors de proportions stœchiométriques.

À ce stade, il n’y a plus ni de diiode (I₂) ni de S₂O₃^2- car les deux ont été entièrement consommés. Cet état est appelé : l’équivalence.

Après l’équivalence, si on continue d’ajouter du S₂O₃^2-, il ne peut plus réagir avec le diiode (I₂) car il n’y en a plus. Donc, le diiode (I₂) devient le réactif limitant et le S₂O₃^2- le réactif en excès. L’équivalence correspond donc à des réactifs dans les proportions stœchiométriques. C’est l’instant où l’on passe à un changement de réactif limitant. Le réactif limitant du début devient en excès et celui en excès au début devient limitant. Comment repère-t-on ici l’équivalence ? Le diiode (I₂) disparaît donc la solution colorée jaunâtre devient incolore.

B. Détermination de C1

C1 est la concentration en quantité de matière de diiode contenue dans la solution inconnue. On rappelle encore l’équation de la réaction : I_2(aq) + 2S₂O₃^2-_(aq) à 2I^–_(aq) + S₄O₆^2-_(aq). A l’équivalence, les réactifs ont été ajoutés dans les proportions stœchiométriques. Si on a S₂O₃^2- et le diiode dans les proportions stœchiométriques et d’après les nombres stœchiométriques devant chaque espèce, on a :

$n(I_2) = \dfrac{n(S_2O_3^{2-})}{2}$

On sait qu’on a besoin de deux fois moins de diiode dans notre réaction que de S₂O₃^2-.

Par conséquent, on a : $C_1.V_1 = \dfrac{C_0V_{eq}}{2}$. Alors, $C_1 = \dfrac{C_0\times V_{eq}}{2V_1}$