Fiche de révision : Méthodes chimiques d’analyse

📋 Plan du Cours

1. Titre massique et concentration en masse
2. Densité et masse volumique
3. Relations entre concentrations
4. Principe et équivalence du titrage
5. Évolution du système pendant le titrage
6. Suivi conductimétrique du titrage
7. Interprétation des courbes conductimétriques
8. Suivi pH-métrique du titrage

📖 1. Titre massique et concentration en masse

★ À maîtriser

📐 Formule - Le titre massique vérifie $P_m=\frac{m_{\text{soluté}}}{m_{\text{solution}}}\times100$ et s’exprime en pourcentage.

📐 Formule - La concentration en masse vérifie $C_m=\frac{m_{\text{soluté}}}{V_{\text{solution}}}$.

Compléments

📌 Pour calculer le titre massique, la masse du soluté et celle de la solution doivent être exprimées dans la même unité, en grammes ou en kilogrammes.

💡 Astuce mémo

Titre massique : masse de solution ; concentration en masse : volume de solution.

📖 2. Densité et masse volumique

★ À maîtriser

📐 Formule - La densité d’une solution est le rapport de sa masse volumique à celle de l’eau : $d=\frac{\rho_{\text{solution}}}{\rho_{\text{eau}}}$.

📐 Formule - La masse volumique d’une solution vérifie $\rho_{\text{solution}}=\frac{m_{\text{solution}}}{V_{\text{solution}}}$.

Compléments

• La masse volumique de l’eau vaut 1,00 g·mL⁻¹, soit 1,00 kg·L⁻¹.

• La densité est sans unité et sa valeur numérique égale celle de la masse volumique de la solution exprimée en g·mL⁻¹ ou en kg·L⁻¹.

💡 Astuce mémo

Densité sans unité ; masse volumique avec une unité.

📖 3. Relations entre concentrations

★ À maîtriser

📐 Formule - La concentration molaire est reliée au titre massique et à la masse volumique par $C=\frac{P_m\times\rho_{\text{solution}}}{100\,M}$, avec $P_m$ en pourcentage, $C$ en mol·L⁻¹, $\rho$ en g·L⁻¹ et $M$ en g·mol⁻¹.

📐 Formule - La concentration en masse vérifie $C_m=\frac{P_m\times\rho_{\text{solution}}}{100}$ lorsque $P_m$ est exprimé en pourcentage et $\rho$ en g·L⁻¹.

Compléments

📐 Formule - La quantité de matière est liée à la masse par $n=\frac{m}{M}$.

📐 Formule - La concentration molaire et la concentration en masse sont liées par $C=\frac{C_m}{M}$, soit $C\times M=C_m$.

📖 4. Principe et équivalence du titrage

🔑 Notions clés & Définitions

• Dosage : Détermine la concentration inconnue d’une espèce en solution.
• Titrage : Un dosage où l’espèce titrée réagit avec une espèce titrante de concentration connue, ajoutée goutte à goutte jusqu’aux proportions stœchiométriques.

★ À maîtriser

📐 Formule - À l’équivalence, pour une réaction où A est titrée par B avec les coefficients stœchiométriques a et b, $\frac{n_A}{a}=\frac{n_B}{b}$.

Compléments

• Une réaction de titrage doit être :

  • unique
  • totale
  • rapide

• Les trois suivis enseignés du titrage sont :

  • le suivi colorimétrique
  • le suivi conductimétrique
  • le suivi pH-métrique

💡 Astuce mémo

Titrant ajouté goutte à goutte → proportions stœchiométriques → équivalence.

📖 5. Évolution du système pendant le titrage

🔑 Notions clés & Définitions

• Volume équivalent : Le volume de solution titrante versé pour atteindre les proportions stœchiométriques avec le réactif titré.

★ À maîtriser

• Pendant un titrage, le titrant ajouté réagit totalement avec le titré, dont la quantité diminue jusqu’à s’annuler à l’équivalence.

📐 Formule - La concentration inconnue de l’espèce A titrée est donnée par $C_A=\frac{a}{b}\times\frac{C_BV_E}{V_A}$, où $C_A$ et $C_B$ sont en mol·L⁻¹ et où $V_E$ et $V_A$ sont exprimés dans la même unité.

Compléments

• À l’équivalence, les réactifs titrant et titré ont été entièrement consommés dans les proportions stœchiométriques.

• Pour la réaction $aA+bB\longrightarrow cC+dD$, B est ajouté au fur et à mesure du titrage et les quantités de A, B, C et D pendant le titrage peuvent être déterminées par un tableau d’avancement.

💡 Astuce mémo

Avant l’équivalence, le titrant est consommé ; après, il est en excès.

📖 6. Suivi conductimétrique du titrage

★ À maîtriser

• La conductivité d’une solution est directement reliée aux concentrations des espèces ioniques qu’elle contient.

• Lors d’un titrage conductimétrique, on mesure la conductivité $\sigma$ pendant l’ajout du titrant et on la trace en fonction du volume versé $V_B$.

Compléments

• Selon le conductimètre utilisé, le suivi peut représenter la conductance $G$ en fonction du volume de titrant versé $V_B$.

💡 Astuce mémo

Les concentrations ioniques évoluent → la conductivité varie.

📖 7. Interprétation des courbes conductimétriques

★ À maîtriser

• 🔄 L’interprétation d’une courbe conductimétrique suit ces étapes :

  1. Inventorier les ions avant et après l’équivalence
  2. Suivre leurs concentrations selon la stœchiométrie
  3. Prévoir l’évolution de la conductivité avec la loi de Kohlrausch

• Le volume équivalent d’un titrage conductimétrique est l’abscisse du point d’intersection des demi-droites asymptotes tracées avant et après l’équivalence.

Compléments

• Dans les cas présentés, une courbe de titrage conductimétrique comporte deux portions de droites de coefficients directeurs différents.

• Lors du titrage des ions diiode par les ions thiosulfate, la réaction est $I_2+2S_2O_3^{2-}\longrightarrow2I^-+S_4O_6^{2-}$.

• Avant l’équivalence de ce titrage, les ions thiosulfate sont limitants et disparaissent, tandis que les ions sodium spectateurs et les ions tétrathionate produits s’accumulent, ce qui augmente globalement la quantité d’ions et la conductivité.

• Après l’équivalence de ce titrage, les ions thiosulfate sont en excès et s’accumulent dans le milieu réactionnel.

💡 Astuce mémo

Inventorier les ions → suivre leurs concentrations → prévoir la conductivité.

📖 8. Suivi pH-métrique du titrage

★ À maîtriser

• Un titrage pH-métrique suit le pH en fonction du volume $V_B$ de titrant ajouté lorsque la réaction est acido-basique.

📌 Lorsqu’une base est titrée par un acide, le pH décroît avec le volume versé, tandis que lorsqu’un acide est titré par une base, le pH croît.

Compléments

• Le volume équivalent d’un titrage pH-métrique peut être déterminé par la méthode des tangentes ou par la méthode de la dérivée.

• La méthode des tangentes est utilisée pour déterminer le volume équivalent lors du titrage d’un acide par une base.

📐 Formule - La dérivée du pH par rapport au volume est $\frac{\mathrm{d}pH}{\mathrm{d}V}$.

💡 Astuce mémo

Base titrée par un acide : pH décroissant ; acide titré par une base : pH croissant.