Dosage de l’Acide Chlorhydrique
Déterminer la concentration d'une solution d'acide chlorhydrique par titrage avec une solution d'hydroxyde de sodium.
Le dosage (ou titrage) acido-basique est une technique de laboratoire courante permettant de déterminer la concentration inconnue d'une solution d'acide ou de base. Elle repose sur une réaction chimique complète et rapide entre l'espèce à doser et une solution de concentration connue (solution titrante).
L'acide chlorhydrique (HCl) est un acide fort, ce qui signifie qu'il se dissocie totalement dans l'eau pour donner des ions hydronium (H\(_3\)O\(^+\)) et des ions chlorure (Cl\(^-\)). L'hydroxyde de sodium (NaOH), ou soude, est une base forte, se dissociant totalement en ions sodium (Na\(^+\)) et ions hydroxyde (OH\(^-\)).
La réaction entre un acide fort et une base forte est une réaction de neutralisation qui produit de l'eau :
L'équivalence du titrage est atteinte lorsque les réactifs ont été mélangés dans les proportions stœchiométriques de la réaction. À l'équivalence, on a la relation :
Où \(C_A\) et \(V_A\) sont la concentration et le volume de l'acide, et \(C_B\) et \(V_{B,E}\) sont la concentration et le volume de la base versé à l'équivalence.
Données du Problème
On souhaite déterminer la concentration molaire \(C_A\) d'une solution d'acide chlorhydrique (HCl).
Pour cela, on prélève un volume \(V_A = 20.0 \text{ mL}\) de cette solution d'acide chlorhydrique, que l'on place dans un bécher. On ajoute quelques gouttes d'un indicateur coloré acido-basique (bleu de bromothymol, BBT).
On réalise ensuite le titrage avec une solution d'hydroxyde de sodium (NaOH) de concentration molaire \(C_B = 0.100 \text{ mol/L}\). La solution d'hydroxyde de sodium est placée dans une burette graduée.
Le virage de l'indicateur coloré (passage du jaune au bleu-vert) est observé lorsqu'on a versé un volume \(V_{B,E} = 17.5 \text{ mL}\) de solution d'hydroxyde de sodium. Ce volume correspond au volume à l'équivalence.
Questions
- Écrire l'équation de la réaction de titrage entre les ions hydronium (provenant de HCl) et les ions hydroxyde (provenant de NaOH).
- Convertir les volumes \(V_A\) et \(V_{B,E}\) en litres (L).
- Calculer la quantité de matière d'ions hydroxyde (\(n_{OH^-, E}\)) versée à l'équivalence.
- En utilisant la relation à l'équivalence, déterminer la quantité de matière d'ions hydronium (\(n_{H_3O^+, A}\)) initialement présents dans le prélèvement d'acide chlorhydrique.
- Calculer la concentration molaire \(C_A\) de la solution d'acide chlorhydrique.
- Quelle est la concentration molaire en ions chlorure \([Cl^-]\) dans la solution initiale d'acide chlorhydrique ?
Correction : Dosage de l’Acide Chlorhydrique
1. Équation de la Réaction de Titrage
L'acide chlorhydrique (HCl) est un acide fort, il se dissocie totalement en H\(_3\)O\(^+\) et Cl\(^-\). L'hydroxyde de sodium (NaOH) est une base forte, il se dissocie totalement en Na\(^+\) et OH\(^-\). La réaction de titrage est celle entre l'ion hydronium et l'ion hydroxyde.
Dissociation de HCl : \(HCl(aq) + H_2O(l) \rightarrow H_3O^+(aq) + Cl^-(aq)\)
Dissociation de NaOH : \(NaOH(s) \rightarrow Na^+(aq) + OH^-(aq)\)
Réaction de titrage (neutralisation) :
Les ions Na\(^+\) et Cl\(^-\) sont des ions spectateurs.
L'équation de la réaction de titrage est : \( H_3O^+ (aq) + OH^- (aq) \rightarrow 2 H_2O (l) \).
2. Conversion des Volumes en Litres
On convertit les millilitres (mL) en litres (L) en divisant par 1000.
Données :
\(V_A = 20.0 \text{ mL}\)
\(V_{B,E} = 17.5 \text{ mL}\)
Les volumes convertis sont :
- \(V_A = 0.0200 \text{ L}\)
- \(V_{B,E} = 0.0175 \text{ L}\)
3. Quantité de Matière d'Ions Hydroxyde Versée à l'Équivalence (\(n_{OH^-, E}\))
On utilise la relation \(n = C \times V\).
Données :
\(C_B = 0.100 \text{ mol/L}\)
\(V_{B,E} = 0.0175 \text{ L}\) (calculé à l'étape 2)
La quantité de matière d'ions hydroxyde versée à l'équivalence est \(n_{OH^-, E} = 0.00175 \text{ mol}\).
Quiz Intermédiaire
4. Quantité de Matière d'Ions Hydronium Initiale (\(n_{H_3O^+, A}\))
À l'équivalence d'un titrage acide fort - base forte, la quantité de matière d'acide initialement présente est égale à la quantité de matière de base versée.
Données :
\(n_{OH^-, E} = 0.00175 \text{ mol}\) (calculé à l'étape 3)
Réaction : H\(_3\)O\(^+\) + OH\(^-\) \(\rightarrow\) 2H\(_2\)O (coefficients stœchiométriques 1:1)
À l'équivalence :
La quantité de matière d'ions hydronium initialement présents est \(n_{H_3O^+, A} = 0.00175 \text{ mol}\).
5. Calcul de la Concentration Molaire \(C_A\) de l'Acide Chlorhydrique
On utilise la relation \(C_A = \frac{n_{H_3O^+, A}}{V_A}\).
Données :
\(n_{H_3O^+, A} = 0.00175 \text{ mol}\) (calculé à l'étape 4)
\(V_A = 0.0200 \text{ L}\) (calculé à l'étape 2)
La concentration molaire de la solution d'acide chlorhydrique est \(C_A = 0.0875 \text{ mol/L}\).
6. Concentration Molaire en Ions Chlorure \([Cl^-]\)
L'acide chlorhydrique (HCl) est un acide fort qui se dissocie totalement dans l'eau selon l'équation : \(HCl(aq) + H_2O(l) \rightarrow H_3O^+(aq) + Cl^-(aq)\). La concentration en ions Cl\(^-\) est donc égale à la concentration initiale en acide chlorhydrique \(C_A\).
Données :
\(C_A = 0.0875 \text{ mol/L}\) (calculé à l'étape 5)
La concentration molaire en ions chlorure dans la solution initiale d'acide chlorhydrique est \([Cl^-] = 0.0875 \text{ mol/L}\).
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Glossaire des Termes Clés
Titrage (ou Dosage) :
Technique d'analyse quantitative permettant de déterminer la concentration d'une espèce chimique (le titré) en la faisant réagir avec une autre espèce chimique (le titrant) de concentration connue.
Acide Fort :
Acide qui se dissocie totalement dans l'eau, libérant tous ses protons H\(^+\) (qui forment des ions H\(_3\)O\(^+\)).
Base Forte :
Base qui se dissocie totalement dans l'eau, libérant des ions hydroxyde OH\(^-\) ou captant totalement les protons H\(^+\).
Réaction de Neutralisation :
Réaction entre un acide et une base, qui produit généralement de l'eau et un sel.
Équivalence (d'un titrage) :
Point du titrage où les réactifs (titré et titrant) ont été mélangés dans les proportions stœchiométriques indiquées par l'équation de la réaction.
Indicateur Coloré Acido-Basique :
Substance chimique qui change de couleur en fonction du pH de la solution, permettant de repérer visuellement l'équivalence (ou un pH proche de l'équivalence).
Burette :
Instrument de verrerie gradué utilisé pour délivrer des volumes précis de liquide, typiquement la solution titrante lors d'un dosage.
Ions Spectateurs :
Ions présents en solution mais qui ne participent pas à la réaction chimique étudiée.
Questions d'Ouverture ou de Réflexion
1. Quel est le pH de la solution à l'équivalence lors du titrage d'un acide fort par une base forte ? Pourquoi ?
2. Comment choisir un indicateur coloré approprié pour un titrage acido-basique ?
3. Si l'on dosait un acide faible par une base forte, le pH à l'équivalence serait-il le même que pour un acide fort ? Expliquer.
4. Quelles sont les principales sources d'erreur possibles lors d'un titrage acido-basique ?
5. L'acide chlorhydrique est présent dans l'estomac. Quel est son rôle ? Comment sa concentration est-elle régulée ?
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