Quiz : Les Dosages en Chimie (pH, Conductimétrie, Couleur)

L'essentiel à connaître

Le dosage par titrage est une technique expérimentale dont le but est de déterminer la concentration d'une espèce chimique en solution (le réactif titré). Pour cela, on utilise une réaction chimique totale et rapide avec un réactif de concentration connue (le réactif titrant). La clé de tout dosage est l'équivalence : c'est le moment précis où les réactifs ont été introduits dans les proportions stœchiométriques. À cet instant, les deux réactifs sont totalement consommés.

Il existe plusieurs méthodes pour repérer cette équivalence selon la nature des réactifs. Le titrage pH-métrique suit l'évolution du pH et présente un "saut de pH" caractéristique. Le titrage conductimétrique mesure la capacité de la solution à conduire le courant, qui change brutalement à l'équivalence. Enfin, le titrage colorimétrique utilise un changement de couleur, soit propre aux réactifs (comme le permanganate), soit grâce à un indicateur coloré judicieusement choisi.

Définition : L'équivalence d'un titrage est l'état du système chimique où le réactif titré et le réactif titrant ont été mélangés dans des proportions stœchiométriques.

À retenir : À l'équivalence, la quantité de matière du réactif titré divisée par son coefficient est égale à la quantité de réactif titrant versé divisée par le sien.

Les points clés

Pour exploiter un dosage pH-métrique, on utilise souvent la méthode des tangentes ou la courbe dérivée dpH/dV. Le sommet de la courbe dérivée correspond exactement au volume d'équivalence. Dans le cas d'un dosage conductimétrique, la courbe représente la conductivité en fonction du volume versé. Elle est formée de deux portions de droites ; l'équivalence se trouve à l'intersection de ces deux droites. Attention à la dilution : si on ajoute trop d'eau au début, la précision peut diminuer.

Le choix de l'indicateur coloré en pH-métrie est crucial : sa zone de virage doit impérativement contenir le pH à l'équivalence. Si le pH à l'équivalence est de 8, on choisira la phénolphtaléine (zone 8,2-10) plutôt que l'héliantine. En conductimétrie, n'oublie pas que la pente des droites dépend de la mobilité molaire ionique des ions présents. Un remplacement d'ions H+ (très mobiles) par des ions Na+ (peu mobiles) provoquera une chute de la conductivité avant l'équivalence.

Formule : À l'équivalence : $n_{titré} / a = n_{versé} / b$, soit $(C_A \times V_A) / a = (C_B \times V_E) / b$.

Piège classique : Ne confonds pas le volume initial de la solution titrée (dans le bécher) et le volume total de la solution qui change à chaque goutte versée.

Quiz : Teste tes connaissances

Question 1 : Qu'est-ce que le réactif "titrant" ?

A. L'espèce dont on cherche la concentration

B. L'eau distillée ajoutée pour immerger la sonde

C. L'espèce de concentration connue placée dans la burette

D. L'indicateur coloré qui change de couleur

Réponse : C. Le titrant est la solution étalon (dont on connaît la concentration) que l'on verse progressivement pour faire réagir le titré (espèce inconnue dans le bécher).

Question 2 : À l'équivalence d'un titrage, que peut-on dire des réactifs ?

A. Le réactif titrant est en excès

B. Les deux réactifs sont totalement consommés

C. Le pH est obligatoirement égal à 7

D. La réaction s'arrête par manque d'énergie

Réponse : B. Par définition, à l'équivalence, on a versé juste assez de titrant pour consommer tout le titré. Ils sont tous deux limitants à cet instant précis.

Question 3 : Quelle méthode permet de repérer précisément l'équivalence sur une courbe de pH = f(V) ?

A. La méthode des tangentes parallèles

B. La lecture directe de l'ordonnée à l'origine

C. La règle de trois sur les volumes

D. Le calcul de la moyenne géométrique

Réponse : A. La méthode des tangentes permet de trouver le point d'inflexion du saut de pH, qui correspond à l'équivalence. On peut aussi utiliser la dérivée dpH/dV.

Question 4 : Dans un titrage conductimétrique, pourquoi la courbe change-t-elle de pente à l'équivalence ?

A. Parce que la température augmente brusquement

B. Parce qu'on arrête d'agiter

C. Parce que le pH devient neutre

D. Parce que la composition ionique de la solution change de nature

Réponse : D. Avant l'équivalence, on consomme certains ions et on en ajoute d'autres. Après, on accumule simplement le titrant en excès. Les ions n'ayant pas la même conductivité molaire, la pente change.

Question 5 : On titre un acide fort par une base forte. Quel sera le pH à l'équivalence à 25°C ?

A. pH < 7

B. pH = 7

C. pH > 7

D. Cela dépend de la concentration de l'acide

Réponse : B. Le titrage d'un acide fort par une base forte produit de l'eau et des ions spectateurs neutres. Le mélange à l'équivalence est donc neutre (pH = 7).

Question 6 : Quel critère est indispensable pour choisir un indicateur coloré pour un titrage pH-métrique ?

A. Il doit être de la même couleur que la solution

B. Il doit être le moins cher possible

C. Sa zone de virage doit englober le pH à l'équivalence

D. Il doit réagir violemment avec l'acide

Réponse : C. Pour que le changement de couleur coïncide avec le saut de pH, il faut que le pH attendu à l'équivalence soit situé dans l'intervalle où l'indicateur change de couleur.

Question 7 : Dans un titrage colorimétrique par le permanganate de potassium ($MnO_4^-$), pourquoi n'ajoute-t-on pas d'indicateur ?

A. Car l'ion permanganate est lui-même intensément violet

B. Car la réaction est invisible

C. Car les indicateurs explosent au contact du permanganate

D. Car on utilise un pH-mètre à la place

Réponse : A. Le permanganate est un réactif auto-indicateur. Dès qu'il est en excès (après l'équivalence), la solution passe de l'incolore au rose/violet persistant.

Question 8 : Que se passe-t-il si on oublie d'étalonner le pH-mètre avant le dosage ?

A. Le volume d'équivalence sera faux

B. La réaction ne se produira pas

C. La burette risque de se boucher

D. Les valeurs de pH seront décalées, mais le volume d'équivalence restera souvent exploitable

Réponse : D. L'étalonnage assure la justesse du pH. Cependant, comme l'équivalence correspond à une variation brutale (le saut), même avec un pH décalé, la position du saut reste la même sur l'axe des volumes.

Question 9 : Dans la relation $C_A V_A = C_B V_E$, que représente $V_A$ ?

A. Le volume total dans le bécher à l'équivalence

B. Le volume de solution titrée prélevé précisément à la pipette

C. Le volume d'eau ajouté pour la sonde

D. Le volume de la burette graduée

Réponse : B. $V_A$ est le volume exact d'échantillon que l'on a mis dans le bécher initialement. L'eau ajoutée ensuite ne change pas la quantité de matière $n_A$ et n'intervient pas dans ce calcul.

Question 10 : Comment évolue la conductivité si on ajoute des ions spectateurs dans le bécher avant le début du titrage ?

A. Elle diminue

B. Elle devient nulle

C. Elle augmente globalement, décalant la courbe vers le haut

D. Elle n'est pas modifiée

Réponse : C. La conductivité est la somme des contributions de TOUS les ions. Des ions spectateurs augmentent la conductivité de base, mais ne changent pas la position de l'équivalence.

Question 11 : Pourquoi un titrage doit-il être "rapide" ?

A. Pour que le changement de couleur ou de pH soit immédiat au versement

B. Pour finir le TP avant la récréation

C. Pour éviter que l'eau ne s'évapore

D. Pour empêcher la lumière de détruire les réactifs

Réponse : A. Si la réaction était lente, on ne verrait pas l'effet de la goutte versée immédiatement, rendant le repérage de l'équivalence impossible en temps réel.

Question 12 : Quel est l'intérêt d'un titrage par retour ?

A. Il est plus simple à réaliser

B. Il permet de doser une espèce dont la réaction directe est lente ou peu visible

C. Il utilise moins de produits chimiques

D. Il ne nécessite pas de burette

Réponse : B. On fait réagir le titré avec un excès de réactif, puis on titre l'excès restant. C'est très utile quand la réaction principale n'est pas adaptée à un titrage direct.

Question 13 : Dans un dosage conductimétrique, que signifie une pente nulle après l'équivalence ?

A. Que la réaction continue

B. Qu'il n'y a plus d'ions dans la solution

C. C'est impossible, la conductivité augmente forcément si on continue de verser des ions

D. Que le pH est stabilisé

Réponse : C. Après l'équivalence, on ajoute du titrant qui contient des ions. Même si leur conductivité est faible, la conductivité totale doit augmenter (pente positive).

Question 14 : Laquelle de ces réactions peut servir de support à un titrage ?

A. Une réaction de précipitation totale et instantanée

B. Une réaction équilibrée avec un K constant de 1

C. Une réaction qui prend 3 heures à température ambiante

D. Une réaction qui ne produit aucun changement physique

Réponse : A. Un support de titrage doit être unique, total et rapide. La précipitation de l'argent par les chlorures est un exemple classique (méthode de Mohr).

Question 15 : On dose un acide faible par une base forte. À l'équivalence, le pH sera :

A. Égal à 7

B. Supérieur à 7

C. Inférieur à 7

Réponse : B. À l'équivalence, l'acide faible a été transformé en sa base conjuguée. La présence de cette base faible rend la solution basique, donc pH > 7.

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