Fiche de révision : Méthodes d’analyse chimique

📋 Plan du Cours

1. Conductivité des solutions ioniques
2. Mesures physiques et étalonnage
3. Titrage pH-métrique
4. Spectroscopies infrarouge et UV-visible
5. Exploitation de la pression des gaz
6. Interprétation du titrage conductimétrique
7. Exploitation d’un titrage acide-base
8. Identification des groupes par IR

📖 1. Conductivité des solutions ioniques

🔑 Notions clés & Définitions

• Conductivité : La conductivité d’une solution dépend des concentrations des espèces chargées qui la constituent.

★ À maîtriser

📐 Formule - Dans une solution diluée, la loi de Kohlrausch s’écrit $\sigma = \sum_i \sigma_i = \sum_i \lambda_i^0 [x_i]$, où chaque ion contribue indépendamment à la conductivité.

Compléments

• Les conductivités molaires ioniques données sont 34,98 pour H₃O⁺, 19,92 pour HO⁻, 5,01 pour Na⁺ et 7,63 pour Cl⁻, en mS·m²·mol⁻¹.

📐 Formule - Pour une solution de chlorure de sodium de concentration apportée C, la conductivité vérifie $\sigma=(\lambda_{Na^+}^0+\lambda_{Cl^-}^0)C$.

📖 2. Mesures physiques et étalonnage

🔑 Notions clés & Définitions

• Conductimétrie : Étude des solutions ioniques conductrices du courant électrique.

★ À maîtriser

📐 Formule - La conductivité et la conductance sont reliées par $\sigma=\frac{l}{S}G$, où l est la distance entre électrodes et S leur surface.

📐 Formule - Pour une solution diluée d’une espèce ionique dissoute, la loi de Kohlrausch donne $\sigma=kC$.

Compléments

📐 Formule - La conductance d’une solution vérifie $G=\frac{1}{R}=\frac{I}{U}$.

• Un dosage par étalonnage détermine la concentration d’une espèce en comparant la grandeur physique mesurée pour la solution à doser à celle de solutions étalons contenant cette espèce.

📖 3. Titrage pH-métrique

★ À maîtriser

📌 Un titrage pH-métrique convient lorsque la réaction support est une réaction acide-base quantitative, rapide, totale et unique.

• Le saut de pH sur la courbe $pH=f(V)$ permet de repérer l’équivalence du titrage.

📌 À l’équivalence d’un titrage, le réactif titrant et le réactif titré forment un mélange stœchiométrique, ce qui permet de déduire la quantité ou la concentration de l’espèce titrée.

Compléments

• Lors d’un titrage pH-métrique, la solution titrante est ajoutée progressivement à un volume précisément prélevé de solution à titrer et le pH est mesuré après chaque ajout.

• La méthode des tangentes trace une tangente avant le saut, puis une tangente parallèle après le saut, construit la perpendiculaire commune et sa médiatrice, dont l’intersection avec la courbe donne le point équivalent E.

• Sur la courbe dérivée $\frac{dpH}{dV_{titrant}}=f(V_{titrant})$, l’équivalence correspond à l’extrémum, d’abscisse V_E.

📖 4. Spectroscopies infrarouge et UV-visible

★ À maîtriser

• Les molécules organiques peuvent absorber des infrarouges de longueur d’onde comprise entre 2 et 20 μm, ce qui modifie l’état vibratoire de leurs liaisons.

• Un spectre IR représente la transmittance T en fonction du nombre d’onde $\sigma=\frac{1}{\lambda}$, et la position des bandes permet de reconnaître des liaisons et des groupes caractéristiques.

📐 Formule - Pour de faibles concentrations, la loi de Beer-Lambert s’écrit $A=kC$.

Compléments

• Les bandes IR sont analysées selon leur position en cm⁻¹, leur intensité (faible, moyenne ou forte) et leur forme (large ou fine).

• La transmittance est le rapport de l’intensité I du rayonnement transmis sur l’intensité I₀ du rayonnement incident.

📐 Formule - L’absorbance est reliée à la transmittance par $A=\log\left(\frac{1}{T}\right)$.

• Les domaines indiqués sont 200–400 nm pour l’ultraviolet et 400–800 nm pour le visible.

• Un spectre UV-visible est caractérisé par les coordonnées de ses maxima d’absorption λmax et A(λmax), qui peuvent être comparées à un spectre de référence pour identifier une espèce.

📖 5. Exploitation de la pression des gaz

★ À maîtriser

📐 Formule - À température T et volume V fixés, la pression d’un gaz est proportionnelle à sa quantité de matière selon $PV=nRT$, soit $n=\frac{V}{RT}P$.

Compléments

• La constante des gaz parfaits vaut R = 8,31 J·K⁻¹·mol⁻¹.

📐 Formule - La température absolue se calcule par $T(K)=\theta(°C)+273{,}15$.

• Les gaz réels se comportent comme des gaz parfaits à faible pression.

• Dans le flacon contenant 40,0 mL de solution et un volume gazeux de 90 mL, la différence entre la pression finale et la pression initiale donne la pression partielle du dihydrogène formé, dont la quantité vaut 2,8 × 10⁻³ mol.

📖 6. Interprétation du titrage conductimétrique

★ À maîtriser

• Avant l’équivalence d’un titrage conductimétrique, la conductivité varie avec la disparition des ions titrés et l’apparition des ions produits ou spectateurs ajoutés.

• Après l’équivalence, la conductivité varie en raison de l’ajout des ions titrants non consommés et éventuellement des ions spectateurs.

Compléments

📌 Quand le volume d’eau ajouté rend le volume de titrant négligeable devant le volume total de solution, la dilution due au titrant est négligeable et la courbe conductimétrique est formée de segments de droites dont l’intersection repère l’équivalence.

• Lors du titrage de H₃O⁺ par HO⁻ avec Na⁺ et Cl⁻ spectateurs, la conductivité diminue avant l’équivalence car H₃O⁺, de conductivité molaire ionique 34,98, est remplacé par Na⁺, de valeur 5,01, puis augmente après l’équivalence avec l’excès de HO⁻ et de Na⁺.

• Dans ce titrage de H₃O⁺ par HO⁻, la conductivité est minimale à l’équivalence.

💡 Astuce mémo

Avant l’équivalence, H₃O⁺ disparaît et σ baisse ; après, HO⁻ s’accumule et σ monte.

📖 7. Exploitation d’un titrage acide-base

★ À maîtriser

📐 Formule - Pour la réaction acide éthanoïque–ion hydroxyde, les réactifs réagissent mol à mol à l’équivalence, donc $C_1V_1=C_2V_E$.

Compléments

• Pour le titrage de 20,0 mL d’acide éthanoïque par la soude à 4,0 × 10⁻² mol·L⁻¹, le volume équivalent obtenu par les méthodes des tangentes et de la courbe dérivée est 10 mL.

• Avec V₁ = 20,0 mL, C₂ = 4,0 × 10⁻² mol·L⁻¹ et V_E = 10 mL, la concentration d’acide éthanoïque vaut 2,0 × 10⁻² mol·L⁻¹.

📖 8. Identification des groupes par IR

★ À maîtriser

• Une bande vers 1 650–1 700 cm⁻¹ est caractéristique de la liaison C=O d’un amide et n’est pas attribuée à une amine dans les tables utilisées.

Compléments

• Un amide non substitué présente deux bandes N–H larges, à 3 050 cm⁻¹ et 3 500 cm⁻¹, d’intensité moyenne.

• Un amide substitué présente une bande N–H large entre 3 050 et 3 400 cm⁻¹, d’intensité moyenne.

• Le spectre comportant deux bandes à 3 363 et 3 192 cm⁻¹ ainsi qu’une bande carbonyle à 1 650 cm⁻¹ correspond à la propanamide, un amide non substitué.

💡 Astuce mémo

Le carbonyle à 1 650 cm⁻¹ signe l’amide, pas l’amine.