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1
Titre massique et densité
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A
Masse volumique d'une solution
Sur les étiquettes des flacons stockés dans le laboratoire de chimie se
trouvent plusieurs informations : la formule chimique, la densité, le
pourcentage massique ainsi que les pictogrammes de sécurité.
La masse volumique ρ d'une solution est définie par la relation :
\rho : masse volumique de la solution (g·L -1)
m_\text{solution} : masse de la solution (g)
V_\text{solution} : volume de la solution (L)
La densité d de la solution est définie par la relation :
d=\frac{\rho}{\rho_{\text {eau }}}
d : densité de la solution
\rho_\text{eau} : masse volumique de l'eau (g⋅L-1)
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Doc. 1
Étiquette d'un flacon
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Éviter les erreurs
Les étiquettes peuvent présenter les volumes en (cm3), en (dm3), en (mL) ou en (L).
Selon les fabricants, le titre massique indiqué sur le flacon peut correspondre à une concentration en
masse ou à un pourcentage massique.
Il faut vérifier la cohérence des unités dans lesquelles les différentes grandeurs sont exprimées pour ne pas
faire d'erreur dans l'application numérique.
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B
Titre massique en soluté
Le titre massique d'une solution commerciale traduit sa teneur en
soluté. Elle peut être exprimée en (g·L-1), correspondant à la concentration
en masse γ :
\gamma : concentration en masse de soluté (g·L-1)
m_\text{soluté} : masse de soluté (g)
Cependant, le titre massique peut parfois être exprimé sans unité
ou en pourcentage (%) et correspondre alors au rapport entre deux
grandeurs qui s'expriment dans la même unité :
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Vocabulaire
Solution titrante
Solution titrée
Solution titrante : solution préparée au laboratoire dont on connaît avec précision la
concentration.
Solution titrée : solution analysée dont on cherche la concentration.
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C
Lien avec la concentration en soluté
Dans le cas où le titre massique correspond à la concentration en
masse γ, la concentration c, exprimée en (mol·L-1), est définie par :
c=\frac{\gamma}{M_{\text {soluté }}}
c : concentration en quantité de matière (mol·L-1)
M_\text{soluté} : masse molaire du soluté (g·mol-1)
Si le titre massique t est exprimé sans unité ou en pourcentage (%) :
c=\frac{t \cdot d \cdot \rho_{\text {eau }}}{M_{\text {soluté }}}
c : concentration en quantité de matière (mol·L-1)
t : titre massique
d : densité de la solution
\rho_\text{eau} : masse volumique de l'eau (g·L-1)
M_\text{soluté} : masse molaire de soluté (g·mol-1)
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Doc. 2
Démonstration
Dans le cas où le titre massique t est
exprimé sans unité ou en pourcentage
(\%), on a :
c=\dfrac{t \cdot d \cdot \rho_{\mathrm{eau}}}{M_{\mathrm{soluté}}}
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2
Titrage avec suivi pH‑métrique
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A
Principe du titrage pH‑métrique
Le titrage avec suivi pH‑métrique est une technique expérimentale
qui repose sur une réaction acide-base, appelée réaction
support du titrage, et qui permet de déterminer une concentration,
une quantité de matière ou une masse.
La réaction support du dosage est totale, rapide et unique.
On introduit dans un vase de dosage un volume V_0 de solution à titrer, un barreau aimanté et la sonde d'un pH‑mètre étalonné. Le tout est placé sous agitation pour assurer l'homogénéisation du mélange.
On verse progressivement la solution titrante, placée dans une
burette graduée au‑dessus du mélange, et on suit l'évolution du \text{pH} pour chaque volume V versé.
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Doc. 3
Schéma du montage
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B
Évolution du système chimique
On étudie la réaction acide‑base qui se produit entre une espèce
\text{A(aq)} (espèce titrée) et une espèce \text{B(aq)} (espèce titrante). Le tableau
d'évolution permet de décrire la composition du système au cours du
titrage, pour un volume V versé :
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À l'équivalence, les réactifs sont introduits dans les proportions stœchiométriques et tous les réactifs sont limitants. On écrit :
\frac{n_{\mathrm{A}}}{a}=\frac{n_{\mathrm{B}}}{b}
soit
\frac{c_{\mathrm{A}} \cdot V_{\mathrm{A}}}{a}=\frac{c_{\mathrm{B}} \cdot V_{\mathrm{E}}}{b}
À partir de cette relation, on peut calculer la concentration, la masse
ou la quantité de matière l'espèce \text{A(aq)}.
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Vocabulaire
Dosage
Équivalence
Titrage
Dosage : technique qui permet de déterminer une quantité de matière, une concentration ou une masse dans un mélange (généralement une solution).
Équivalent : état du système atteint lorsque les réactifs ont été introduits dans les
proportions stœchiométriques.
Titrage : dosage reposant sur une réaction chimique rapide, totale, unique et
mesurable.
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C
Exploitation de la courbe
Au cours d'un titrage mettant en jeu une réaction acide-base, le \text{pH} varie brusquement à l'équivalence. On parle de saut de \text{pH}. Il est donc possible de déterminer le volume à l'équivalence graphiquement en utilisant la méthode des tangentes parallèles ou de la dérivée (la dérivée \frac{\mathrm{d} \mathrm{pH}}{\mathrm{d} V} atteint un extremum à l'équivalence).
➜ Voir la
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3
Titrage avec suivi conductimètrique
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A
Principe du titrage conductimétrique
Le titrage avec suivi conductimétrique est une technique expérimentale
qui repose sur une réaction chimique au cours de
laquelle des ions disparaissent ou apparaissent, ce qui permet
de déterminer une concentration, une quantité de matière ou
une masse.
Le principe est le même que pour un titrage pH‑métrique, en remplaçant
le pH-mètre par un conductimètre étalonné et en mesurant la
conductivité \sigma du mélange après chaque ajout de solution titrante.
Il est néanmoins nécessaire de travailler avec un grand volume de
solution titrée car l'ajout de solution titrante modifie le volume total
du mélange. Cet effet de dilution peut rendre difficile l'exploitation
du titrage car il influe sur les mesures de conductivité.
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Doc. 5
Schéma du montage
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Pas de malentendu
Au cours d'un titrage avec suivi conductimétrique, la conductivité varie de façon affine, car elle est liée aux
concentrations des ions présents dans le mélange.
Certains ions sont « spectateurs », ils interviennent
dans la conductivité totale. Il faut tenir compte de tous
les ions présents pour un volume V versé.
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B
Évolution du système chimique
Au cours de la réaction chimique, certaines espèces disparaissent (les
réactifs), d'autres apparaissent (les produits), mais d'autres sont spectatrices
(présentes initialement et n'intervenant pas dans la transformation
ou versées avec la solution titrante sans réagir).
Il est donc nécessaire d'analyser les concentrations de toutes les
espèces ioniques présentes dans le mélange pour connaître l'évolution
de la conductivité.
L'évolution de la pente de la courbe avant et après l'équivalence
dépend de l'évolution des concentrations et donc de la conductivité
de tous les ions présents dans le mélange.
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Éviter les erreurs
La réaction support du dosage peut être une réaction acide‑base, mais aussi une réaction d'oxydoréduction,
une réaction de précipitation, etc.
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C
Exploitation de la courbe
Au cours d'un titrage conductimétrique, la conductivité suit une loi
affine. À l'équivalence, on observe cependant une rupture de pente. Il
est donc possible de déterminer le volume à l'équivalence graphiquement
en cherchant l'abscisse du point de la courbe qui correspond à
la rupture de pente.
➜ Voir la