Analyser un système par des méthodes chimiques

1. Définir le titre massique et la densité d'une solution.
2. Citer les trois caractéristiques d'une réaction support de titrage.
3. Définir l'équivalence d'un titrage.
4. Quels sont les deux moyens de repérer le volume équivalent lors d'un titrage avec suivi pH-métrique ?

On souhaite préparer un volume $V = 250{,}0\;\text{mL}$ d'une solution d'acide nitrique de concentration $c = 5{,}00 \times 10^{-2}\;\text{mol·L}^{-1}$ à partir d'une solution commerciale de titre massique $t = 65{,}0\;\%$ et de densité $d = 1{,}40$.

Données : $M(\text{HNO}_3) = 63{,}0\;\text{g·mol}^{-1}$ ; $\rho_0 = 1{,}00 \times 10^{3}\;\text{g·L}^{-1}$.

1. Calculer la concentration $c_{\text{com}}$ de la solution commerciale.
2. En déduire le volume à prélever pour préparer la solution voulue.
3. Décrire brièvement le mode opératoire.

On titre un volume $V_A = 20{,}0\;\text{mL}$ d'une solution d'ammoniaque $\text{NH}_{3(aq)}$ de concentration $c_A$ par une solution d'acide chlorhydrique (H₃O⁺ + Cl⁻) de concentration $c_B = 1{,}00 \times 10^{-1}\;\text{mol·L}^{-1}$.

L'équation de la réaction support s'écrit :

Le volume équivalent est $V_E = 18{,}5\;\text{mL}$.

1. Vérifier les caractéristiques de la réaction support.
2. Établir la relation à l'équivalence et calculer $c_A$.

On titre un volume $V_A = 10{,}0\;\text{mL}$ d'une solution d'acide éthanoïque CH₃COOH par une solution d'hydroxyde de sodium (Na⁺ + HO⁻) de concentration $c_B = 1{,}00 \times 10^{-1}\;\text{mol·L}^{-1}$. La courbe pH = f(V) ci-dessous est obtenue.

L'exploitation graphique de cette courbe par la méthode des tangentes donne : $V_E = 14{,}5\;\text{mL}$ et $\text{pH}_E = 8{,}4$.

1. Écrire l'équation de la réaction support.
2. Calculer la concentration $c_A$ de l'acide éthanoïque.
3. Parmi les trois indicateurs colorés (hélianthine 3,1–4,4 ; BBT 6,0–7,6 ; phénolphtaléine 8,2–10,0), lequel choisir pour ce titrage avec un suivi colorimétrique ? Justifier.

On titre un volume $V_A = 10{,}0\;\text{mL}$ d'une solution d'acide chlorhydrique (H₃O⁺ + Cl⁻) par une solution d'hydroxyde de sodium (Na⁺ + HO⁻) de concentration $c_B = 1{,}00 \times 10^{-1}\;\text{mol·L}^{-1}$. On a ajouté de l'eau distillée dans le bécher pour atteindre un volume initial de 150 mL.

L'équation de la réaction support s'écrit :

Données, conductivités molaires ioniques (mS·m²·mol⁻¹) :

• H₃O⁺ : 34,98
• HO⁻ : 19,86
• Cl⁻ : 7,63
• Na⁺ : 5,01

La courbe expérimentale σ = f(V) obtenue est la suivante :

1. Faire l'inventaire des ions présents avant et après l'équivalence.
2. Justifier qualitativement la pente de la courbe σ = f(V) avant l'équivalence.
3. Justifier qualitativement la pente après l'équivalence.
4. Pourquoi a-t-on ajouté de l'eau dans le bécher ?

La vitamine C (acide ascorbique, noté $\text{AH}$) est présente dans de nombreuses boissons et compléments alimentaires. On souhaite vérifier la teneur en vitamine C d'une boisson énergisante par titrage pH-métrique.

On prélève un volume $V_A = 20{,}0\;\text{mL}$ de boisson, qu'on titre par une solution d'hydroxyde de sodium (Na⁺ + HO⁻) de concentration $c_B = 1{,}00 \times 10^{-2}\;\text{mol·L}^{-1}$.

L'équation de la réaction support s'écrit :

La courbe pH = f(V) obtenue est représentée ci-dessous.

La méthode des tangentes appliquée à cette courbe donne : $V_E = 11{,}4\;\text{mL}$.

Donnée : $M(\text{AH}) = 176{,}0\;\text{g·mol}^{-1}$.

1. Justifier que cette réaction peut servir de support de titrage.
2. Établir la relation à l'équivalence puis calculer la concentration $c_A$ en vitamine C dans la boisson.
3. En déduire la masse $m$ de vitamine C dans 1 L de boisson.
4. L'étiquette annonce « 100 mg de vitamine C par 100 mL ». Conclure.

Un fabricant indique sur l'étiquette d'un vinaigre : « 8° d'acidité ». Cette indication signifie que 100 g de vinaigre contiennent 8,0 g d'acide éthanoïque CH₃COOH pur. On souhaite vérifier la conformité du vinaigre.

Le pH du vinaigre étant trop bas et sa concentration trop élevée, on commence par diluer le vinaigre d'un facteur 10 : on prélève 10,0 mL de vinaigre qu'on dilue dans une fiole jaugée de 100,0 mL.

On prélève ensuite $V_A = 10{,}0\;\text{mL}$ de la solution diluée, qu'on titre par une solution d'hydroxyde de sodium (Na⁺ + HO⁻) de concentration $c_B = 1{,}00 \times 10^{-1}\;\text{mol·L}^{-1}$.

L'équation de la réaction support s'écrit :

La courbe pH = f(V) obtenue est représentée ci-dessous.

La méthode des tangentes appliquée à cette courbe donne $V_E = 13{,}3\;\text{mL}$ et $\text{pH}_E \approx 8{,}5$.

Données :

• $M(\text{CH}_3\text{COOH}) = 60{,}0\;\text{g·mol}^{-1}$
• Masse volumique du vinaigre : $\rho_{\text{vinaigre}} = 1{,}01 \times 10^{3}\;\text{g·L}^{-1}$
• Indicateurs colorés : hélianthine 3,1–4,4 ; BBT 6,0–7,6 ; phénolphtaléine 8,2–10,0

1. Calculer la concentration $c_{\text{dil}}$ de l'acide éthanoïque dans la solution diluée.
2. En déduire la concentration $c_{\text{vin}}$ dans le vinaigre non dilué.
3. Calculer la masse d'acide éthanoïque dans 100 g de vinaigre.
4. Conclure sur la conformité du vinaigre par rapport à l'étiquette « 8° ».
5. Quel indicateur coloré aurait-on pu utiliser pour un suivi colorimétrique ? Justifier.