Suivez-nous
 >   >   >   > Titrage et indicateurs colorés

Annales gratuites Bac S : Titrage et indicateurs colorés

Le sujet  2005 - Bac S - Chimie - Exercice Imprimer le sujet
LE SUJET


La première utilisation d'un indicateur coloré pour les titrages acido-basiques remonte à 1767 par W. Lewis. Il employait un extrait de tournesol (...).
On utilisait à l'époque des extraits de plantes qui changent de couleur avec l'acidité du milieu (...).
On peut en citer quelques-uns parmi les plus connus et les meilleurs :

  • l'artichaut (...)
  • la betterave rouge (...)
  • le chou rouge, de loin l'extrait le plus intéressant car sa couleur change nettement suivant la valeur du pH :
  • pH

    0-3

    4-6

    7-8

    9-12

    13-14

    couleur

    rouge

    violet

    bleu

    vert

    jaune

    d'après Chimie des couleurs et des odeurs

    1. Des indicateurs colorés en cuisine

    Le chou rouge est un légume riche en fibres et en vitamines, qui se consomme aussi bien en salade que cuit.
    Mais la cuisson du chou rouge peut réserver des surprises : chou rouge et eau de cuisson deviennent rapidement bleus. Pour rendre au chou sa couleur violette, on peut ajouter un filet de citron ou du vinaigre.
    Après avoir égoutté le chou, une autre modification de couleur peut surprendre le cuisinier : versée dans un évier contenant un détergent, l'eau de cuisson devient verte.

    En utilisant les textes ci-dessus :
    1.1. Donner la propriété essentielle d'un indicateur coloré acido basique.
    1.2. Préciser le caractère acide ou basique du vinaigre et du détergent.

    2. Des indicateurs colorés pour les titrages

    De nos jours, les indicateurs colorés sont toujours largement utilisés pour les titrages. La pH-métrie est une autre technique de titrage acido-basique qui permet en outre de choisir convenablement un indicateur coloré acido-basique pour ces mêmes titrages.

    Dans la suite de l'exercice, on s'intéresse au titrage de l'acide éthanoïque de formule CH3 - CO2H (noté par la suite HA) contenu dans un vinaigre commercial incolore.
    La base conjuguée de cet acide sera notée A-.

    2.1. Dilution du vinaigre.

    Le vinaigre commercial étant trop concentré pour être titré par la solution d'hydroxyde de sodium disponible au laboratoire, on le dilue dix fois. On dispose pour cela de la verrerie suivante :

    Eprouvettes :

    5 mL

    10 mL

    25 mL

    50 mL

    100 mL

    Pipettes jaugées :

    1,0 mL

    5,0 mL

    10,0 mL

    20,0 mL

     

    Fioles jaugées :

    150,0 mL

    200,0 mL

    250,0 mL

    500,0 mL

     

    Choisir dans cette liste la verrerie la plus appropriée pour effectuer la dilution. Justifier.

    2.2. Réaction de titrage

    On titre un volume VA = 10,0 mL de la solution diluée de vinaigre par une solution aqueuse d'hydroxyde de sodium (ou soude) de concentration molaire en soluté apporté cB = 1,0  ´  10-1 mol.L-1 . On ajoute un volume Veau = 60 mL afin d'immerger les électrodes du pH-mètre après agitation.
    Le suivi pH-métrique de la transformation permet de construire la courbe fournie.

    Cette partie a pour but de vérifier que la transformation associée à la réaction de titrage est totale. Pour cela, on déterminera son taux d'avancement final pour un volume VB = 6,0 mL de solution aqueuse d'hydroxyde de sodium versé.
    Donnée : produit ionique de l'eau à 25°C Ke = 10-14.

    2.2.1. Ecrire l'équation associée à la réaction de titrage.
    2.2.2. Pour VB = 6,0 mL, déterminer le réactif limitant.
    2.2.3. Pour VB = 6,0 mL, déterminer l'avancement maximal xmax. On pourra s'aider d'un tableau d'avancement.
    2.2.4. Après avoir relevé la valeur du pH du mélange obtenu, déterminer la quantité de matière d'ions hydroxyde restante après la transformation dans le volume total de mélange réactionnel.
    2.2.5. Déterminer le taux d'avancement final et conclure.

    2.3. Détermination par titrage de la concentration molaire en acide éthanoïque apporté du vinaigre

    2.3.1. Déterminer graphiquement le volume de la solution d'hydroxyde de sodium versé à l'équivalence. Préciser la démarche utilisée.
    2.3.2. Déterminer la valeur de la concentration molaire en acide éthanoïque apporté CA dans le vinaigre dilué et en déduire la valeur de la concentration molaire en acide éthanoïque apporté C0 du vinaigre commercial.

    2.4. Retour historique...

    On souhaite réaliser un titrage colorimétrique de l'acide éthanoïque contenu dans le vinaigre dilué avec un des deux extraits naturels (artichaut et betterave rouge) utilisés au dix huitième siècle.
    Pour chaque indicateur coloré, on considère que les teintes sont dues à la prédominance d'une espèce chimique, notée pour sa forme acide et pour sa forme basique. Le pKA des couples sera noté pKi
    On donne les valeurs des pKi à 25°C :
    artichaut : (pKi)1 = 7,5
    betterave rouge : (pKi)2 = 11,5

     

    Artichaut

    Betterave

    pKi

    7,5

    11,5

    Teinte pour dominant

    incolore

    rouge

    Teinte pour dominant

    jaune

    jaune

    2.4.1. En utilisant l'expression de la constante d'acidité Ki, montrer que la relation suivante est vérifiée :

    On s'interroge sur les couleurs que prendrait le mélange réactionnel lors du titrage calorimétrique de l'acide éthanoïque en présence d'une petite quantité de l'un ou l'autre de ces extraits naturels.
    2.4.2. La courbe pH-métrique montre que, pour VB = 9,8 mL, le pH de la solution est voisin de 6,5 et que pour VB = 10,1 mL, il est voisin de 10,5.
    Pour chaque extrait naturel et pour chacun de ces deux volumes VB, déterminer la valeur du rapport
    puis compléter la ligne correspondante du tableau.
    2.4.3. En déduire les couleurs observées dans chaque cas. Compléter la ligne correspondante du tableau.
    2.4.4. Conclure sur l'indicateur coloré le plus adapté pour ce titrage.
    2.4.5. Pourquoi faut-il choisir un vinaigre incolore pour ce type de titrage ?

    Courbe pH-métrique

    Tableau

     

    Artichaut

    Betterave

    pKi

    VB = 9,8 mL

    VB = 10,1 mL

    VB = 9,8 mL

    VB = 10,1 mL

     

     

     

     

    Couleur

     

     

     

     


     

    LE CORRIGÉ


    1. Des indicateurs colorés en cuisine

    1.1. La propriété essentielle d'un indicateur coloré acido-basique est de "changer de couleur avec l'acidité du milieu".

    1.2. Le vinaigre a un caractère acide : le chou reprend sa couleur violette (4<pH<6).
    Le détergent a un caractère basique : l'eau de cuisson devient verte (9<pH<12).

    2. Des indicateurs colorés pour les titrages

    2.1. Au cours d'une dilution, la quantité de matière en soluté apporté ne varie pas :
    n(AH) = Co . Vo = CA . VA
    d'où

    avec :
    Co : concentration de AH dans le vinaigre
    CA : concentration de AH après dilution
    Vo : le volume à prélever
    VA : le volume de la solution diluée.

    Il faut prélever 20,0 mL de la solution-mère (vinaigre) avec une pipette jaugée (surmontée d'une poire à pipeter) que l'on verse dans une fiole jaugée de 200,0 mL.

    2.2.

    2.2.1. L'équation associée à la réaction de titrage est:

    2.2.2. D'après la courbe de suivi pH-métrique et la courbe dpH/dVB,      VBE » 10 mL.

    Pour VB = 6,0 mL, on se situe avant l'équivalence, le réactif limitant est donc l'espèce titrante, ici, l'ion hydroxyde, HO-.

    2.2.3. L'ion hydroxyde étant le réactif limitant :

    2.2.4. Pour VB = 6,0 mL, pH = 5,0 (lecture graphique).

    A l'aide du pH et de la valeur de Ke à 25°C, on peut déduire la concentration en ions HO- présents en solution :

    Le volume du mélange réactionnel est V = VA + VB + Veau = 76 mL.

    Donc, la quantité de matière d'ions restante est :

    2.2.5. D'après la définition du taux d'avancement final :

    Or, d'après le tableau d'avancement :

    donc .

    Donc : .

    soit 100%.

    La transformation est TOTALE.

    2.3.1. En utilisant la courbe dpH/dVB, son extremum correspond à VBE. Par lecture graphique, VBE = 10,05 mL soit VBE »  10,1 mL.

    2.3.2. A l'équivalence, n(AH)i = n(HO-)versé à l'équivalence

    CA.VA = CB.VBE

    la concentration en acide éthanoïque apporté dans le vinaigre dilué est :

    CA = 1,0.10-1 mol.L-1

    Or le vinaigre commercial a été dilué 10 fois, donc C0 = 10´ CA = 1,0 mol.L-1

    2.4.1. Par définition,

    2.4.2
    Pour l'artichaut
    , pour VB = 9,8mL,

    Pour l'artichaut, pour VB = 10,1mL,

    Pour la betterave,
    VB = 9,8 mL,
    VB = 10,1mL,

    2.4.3
    Lorsque , c'est l'espèce A-ind qui est dominante.
    Lorsque , c'est l'espèce AHind qui est dominante.
    On en déduit les couleurs observées dans le tableau.

     

    Artichaut

    Betterave

     

    VB = 9,8 mL

    VB = 10,1 mL

    VB = 9,8 mL

    VB = 10,1 mL

    1,0.10-1

    1,0.103

    1,0.10-5

    1,0.10-1

    Couleur

    incolore

    jaune

    rouge

    rouge

    2.4.4
    L'indicateur changeant de couleur à l'équivalence est l'artichaut. C'est le seul adapté pour le titrage.

    2.4.5
    Il faut choisir un vinaigre incolore car l'artichaut est incolore en milieu acide et jaune en milieu basique (couleurs claires).
     

    2021 Copyright France-examen - Reproduction sur support électronique interdite