TP2Contrôle de qualité par titrageContrôle de qualité par titrage

(titrage pH-métrique – titrage colorimétrique)(titrage pH-métrique – titrage colorimétrique)

Objectifs de la séance :

- Réaliser un contrôle qualité par titrage direct ou titrage colorimétrique ;- Exploiter l’équivalence d’un titrage pH-métrique pour déterminer la concentration inconnue d’une espèce

chimique en solution.

DOCUMENTS MIS A DISPOSITION   :

DOC. 1DOC. 1 :: L’aspirine du Rhône 500ASPIRINE DU RHÔNE 500Antalgique, antipyrétique, anti-inflammatoire à dose élevée, antiagrégant plaquettaire.

COMPOSITION

Principes actifs

Acide acétylsalicylique …………………. 500 mg pour un comprimé

Principes non actifs

Amidon de maïs, poudre de cellulose granulée (Elcéma G 250).MODE D’ADMINISTRATIONVoie orale.Les comprimés sont à avaler tels quels avec une boisson (par exemple, eau, lait, jus de fruit) de préférence au cours des repas.

DOC.2DOC.2 :: Les indicateurs colorés

Nom usuel de l’indicateur coloré Couleur de la forme acide(HInd)

Zone sensible(intervalle de pH)

Couleur de la forme basique(Ind–)

Bleu de bromophénol Jaune 3.00 - 4.60 BleuHélianthine Rouge 3.10 - 4.40 JauneVert de bromocrésol Jaune 3.80 - 5.40 BleuRouge de méthyle Rouge 4.20 - 6.20 JauneBleu de bromothymol (BBT) Jaune 6.00 - 7.60 BleuPhénolphtaléine Incolore 8.30 - 10.00 Violet

DOC. 3DOC. 3 :: L’acide acétylsalicylique ou « aspirine »L'acide acétylsalicylique, plus connu sous le nom d'aspirine, est la substance active de nombreux médicaments aux propriétés antalgiques, antipyrétiques et anti-inflammatoires. Il est aussi utilisé comme antiagrégant plaquettaire. Il s'agit d'un anti-inflammatoire non stéroïdien. C'est un acide faible, dont la base conjuguée est l'anion acétylsalicylate. L'acide acétylsalicylique est obtenu par acétylation de l'acide salicylique. Son nom vient du latin salix « saule ».

En 1859, Adolph Wilhelm Hermann Kolbe (chimiste allemand) réussit la synthèse chimique de l'acide salicylique, utilisé alors pour ses propriétés antiseptiques, mais c'est Felix Hoffmann (chimiste allemand) entré au service des laboratoires Bayer en 1894, qui, en octobre 1897, reprenant les travaux antérieurs de Gerhardt, trouve le moyen d'obtenir de l'acide acétylsalicylique pur. (source : Wikipedia.org)

pKpKAA = 3,5SolubilitéSolubilité : 2,5 g.L–1 (eau, 15 °C) ; 4,6 g.L–1 (eau, 25 °C) ; 200 g.L–1 (éthanol, 25 °C)

T° fusionT° fusion : 135 °CT° ébullitionT° ébullition : 140 °C

Élaborer et mettre en œuvre un protocole permettant de vérifier avec précision la teneur en principe actif (acide acétylsalicylique) d’un comprimé d’aspirine du Rhône 500 à l’aide d’un titrage. Vous disposez pour cela d’une solution de soude (hydroxyde de sodium), de concentration précise cB

= 1,00.10–2

mol.L–1.

1. Titrage pH-métrique Principe d’un titrage pH-métrique :

Un titrage pH-métrique consiste à suivre l’évolution du pH de la solution titrée au cours de l’ajout de la solution titrante. Les variations du pH en fonction du volume de solution titrante versée permettent de construire une courbe pH = f(VSol. titrante versée) appelée « courbe de titrage » pH-métrique.

Montage expérimental : Courbe de titrage :

TRAVAIL A FAIRE :

Afin de pouvoir représenter des points expérimentaux régulièrement répartis, il faut ajouter la solution titrante millilitre par millilitre avant et après l’équivalence mais « resserrer » les versements au voisinage de l’équivalence, c’est à dire pour VE – 1 mL < Vsol. titrante versée < VE + 1 mL.

L’équivalence du titrage est atteinte lorsque les réactifs ont été introduits dans des proportions stœchiométriques, c'est-à-dire que le réactif titré et le réactif titrant sont limitants.

Travail à faire :

- Dissoudre un comprimé d’aspirine du Rhône dans 500,0 mL d’eau distillée ;

On obtient alors une solution d’acide acétylsalicylique, notée S et de concentration molaire moléculaire en aspirine notée cA (à déterminer par titrage).

- Répondre aux questions préliminaires avant de commencer le titrage.- Réaliser le titrage pH-métrique de 20,0 mL de la solution S par une solution de soude à cB = 1,00 10–2 mol.L–1.- Tracer la représentation graphique de l’évolution du pH en fonction du volume VB de solution titrante.- Exploiter la courbe de titrage pour retrouver la concentration en acide acétylsalicylique de la solution S et

comparer avec l’indication du fabricant.

Répondre aux questions « Exploitation des mesures » après avoir fait le titrage.

Solutiontitrée

SolutiontitranteÉlectrode

de verre

Questions

Questions préliminairesQuestions préliminaires

Q1.Q1. [DOC. 3] Quelle est la formule brute de l'aspirine ? Calculer sa masse molaire moléculaire.Q2.Q2. [DOC.1] Calculer la concentration massique théorique cm (en g.L–1) en acide acétylsalicylique de la solution S.Q3.Q3. [DOC. 3] Tout l’acide acétylsalicylique a-t-il été dissout ? Justifier la réponse.

L'aspirine est l'acide du couple acide acétylsalicylique/ion acétylsalicylate de pKA = 3,5.

Q4.Q4. Écrire ce couple et donner la formule semi-développée de l'ion acétylsalicylate.Q5.Q5. Établir l’équation de la réaction support du titrage (on pourra utiliser la notation AH pour l’aspirine).

Exploitation des mesuresExploitation des mesures

Q6.Q6. Calculer le volume VBE théorique nécessaire de soude qu’il faut verser pour atteindre l’équivalence.Q7.Q7. Commenter rapidement la courbe pH= f(VB).Q8.Q8. Déterminer graphiquement le point d'équivalence du dosage et en déduire le volume équivalent VBE.Q9.Q9. En déduire la concentration molaire en aspirine de la solution S et la quantité de matière d'aspirine contenue dans sa totalité.Q10.Q10. En déduire la masse d'aspirine contenue dans le comprimé d'après l'expérience.Q11.Q11. Comparer le résultat de l'expérience à l'indication de l'étiquette.

2. Titrage colorimétrique Principe d’un titrage colorimétrique :

Le titrage colorimétrique (ou par indicateurs colorés) est une méthode d'analyse par titrage qui se base sur un changement de couleur du milieu lors de l'équivalence. Cette méthode peut s'utiliser par l'ajout d'un indicateur coloré de pH lors des titrages acido-basiques par exemple : la zone de virage (ou zone de teinte sensible) doit englober le saut de pH à l’équivalence du titrage, c'est-à-dire que la zone de pH du changement de couleur de l’indicateur coloré doit contenir le pH à l’équivalence du titrage acido-basique.

Questions préliminairesQuestions préliminaires

Q12.Q12. Définir un indicateur coloré de pH ?Q13.Q13. Reprendre la courbe pH = f(VB) tracée dans la partie 1 et y représenter les « zones de virage » des trois indicateurs colorés à votre disposition (hélianthine, phénolphtaléine et bleu de bromothymol ou BBT).

Q14.Q14. Indiquer pourquoi un indicateur coloré de pH peut-il être utilisé comme indicateur de fin de réaction.Q15.Q15. En déduire celui qui permettra de déterminer au mieux l’équivalence du dosage de l’aspirine par la soude. Justifier ce choix

Dosage colorimétriqueDosage colorimétrique

Q16.Q16. Rédiger le mode opératoire du dosage colorimétrique de l’aspire par la soude, utilisant cet indicateur coloré.

Réaliser le dosage colorimétrique avec l’indicateur coloré choisi et déterminer VBE.

Exploitation des mesuresExploitation des mesures

Q17.Q17. En déduire la concentration molaire en aspirine de la solution S et la quantité de matière d'aspirine contenue dans sa totalité.Q18.Q18. En déduire la masse d'aspirine contenue dans le comprimé d'après l'expérience.Q19.Q19. Comparer avec la masse déterminée par titrage pH-métrique.Q20.Q20. Comparer le résultat de l'expérience à l'indication de l'étiquette.

3. Conclusion - Faire un résumé de ce qui a été vu dans cette séance.- Comparer les différentes méthodes de contrôle utilisées dans cette activité et conclure.

Questions

DDOCUMENTOCUMENT(Utilisation du capteur pH-métrique sous LoggerPro3)

Brancher la sonde pH-métrique sur Labquest. Rincer la sonde à l’eau distillée. Connecter Labquest à l’unité centrale et l’allumer. Ouvrir le logiciel LoggerPro3

Étalonnage

Aller dans : Étalonner/cliquer sur l’astérisque* (coin supérieur gauche) Cliquer sur capteurs (pH-mètre)/calibrer/calibrer maintenant. Plonger la sonde dans la solution tampon 4, taper 4/garder, puis rincer et plonger dans tampon 7, taper

7/garder. Terminer.

Préparation des mesures

Aller dans : Expérience/paramètres des mesures (menu déroulant) et choisir : mode = manuel avec entrée/nom de la colonne = Volume/ Nom court Vb/ unité = mL. Terminer.

NB : Pour modifier la valeur du volume maximum sur l’axe des abscisses, sélectionnent-la et taper 25 (volume de la burette).

Mesures Mettre en place le montage titrage pH-métrique. Plonger la sonde et s’assurer qu’elle est parfaitement

immergée (sinon rajouter de l’eau distillée). Lancer l’agitation. [1ère mesure] Aller dans « mesure », cliquer sur garder/taper O, puis OK. Puis Garder/taper : 1, verser 1 mL, puis taper OK, etc. Poursuivre au moins 5 mL après le saut de pH. A la fin, taper sur Stop/terminer l’acquisition. Fichier/enregistrer : taper un nom de fichier.

Exploitation du graphe

Pour modifier la couleur, les points, etc. Aller dans options/option graphe. Calcul de la dérivée Aller dans : Données/Nouvelle colonne calculée : Nom=dérivée, Nom court = dpH. Dans fonction/calcul/dérivée : affichage dans le cadre : dérivée () Variable/pH/Terminé. Les valeurs de la dérivée doivent alors s’afficher dans le tableau. Pour représenter cette dérivée en fonction du volume Vb sélectionner la colonne avec la souris et la faire

glisser dans le graphe. Pour lire l’équivalence : cliquer sur l’icône Analyse/examiner. Déplacer la souris au maximum de la dérivée pour lire le volume et le pH à l’équivalence.

TTABLEAUABLEAU DESDES COMPÉTENCESCOMPÉTENCES MISESMISES ENEN ŒUVREŒUVRE DANSDANS LL’’ACTIVITÉACTIVITÉ

COMPÉTENCES Exemples de capacités et d’aptitudes

MOBILISER SESCONNAISSANCES

Connaître les notions scientifiques du programme, le vocabulaire approprié, les symboles adaptés, les unités.

S’APPROPRIER

Rechercher, extraire et organiser l’information utile.

Adopter une attitude critique vis-à-vis de l’information.

Questionner, identifier, formuler un problème.

Reformuler.

Identifier les risques.

RÉALISER

Réaliser un montage à partir d’un schéma.

Suivre un protocole donné.

Utiliser, dans un contexte donné, le matériel à disposition.

Savoir choisir, combiner et réaliser plusieurs actions.

Effectuer un relevé de mesures.

Schématiser, construire un graphique, un tableau, etc.

Exploiter une relation, un calcul littéral.

Effectuer un calcul numérique, utiliser les symboles et les unités appropriés, utiliser la calculatrice.

Reconnaître et utiliser la proportionnalité.

Respecter les règles de sécurité, manipuler avec soin, veiller au rangement du plan de travail, etc.

ANALYSER

Émettre une hypothèse.

Identifier les paramètres qui influencent un phénomène, choisir les grandeurs à mesurer.

Élaborer ou justifier un protocole.

Proposer une méthode, un calcul, un outil adapté ; faire des essais (choisir, adapter une méthode, un protocole).

Proposer, décrire un modèle ; utiliser un modèle pour prévoir, décrire et expliquer.

Percevoir la différence entre un modèle et la réalité, entre la réalité et une simulation.

VALIDER

Estimer l’incertitude d’une mesure, faire un traitement statistique d’une série de mesures, etc.

Interpréter des résultats, juger de la qualité d’une mesure, etc.

Confronter le résultat au résultat attendu, mettre en relation, déduire.

Valider ou invalider une information, une hypothèse, etc.

COMMUNIQUER À L’AIDE DE LANGAGES OU D'OUTILS SCIENTIFIQUES

Communiquer des résultats, rédiger une solution.

Exprimer un résultat (grandeur ─ unité ─ chiffres significatifs).

Rendre compte à l’écrit ou à l’oral en utilisant un vocabulaire adapté.

ÊTRE AUTONOME, FAIRE PREUVE D’INITIATIVE

S’impliquer.

Prendre des initiatives, anticiper, faire preuve de créativité.

Travailler en autonomie.

Travailler en équipe.

AIDE POUR LE COMPTE RENDUAIDE POUR LE COMPTE RENDU

Titre du TPTitre du TPObjectifs de la séance :

Reformuler les objectifs de la séance sans recopier ceux de l’énoncé !

1. Titrage pH-métrique Montage expérimental

Faire un schéma légendé du montage

Travail préliminaire

Équation de réaction et calcul du volume versé à l’équivalence (répondre aux questions préliminaires).

Analyse de la courbe de titrage (à joindre au compte rendu) par suivi pH-métrique

Réponses aux questions de la partie « Exploitation des mesures »

2. Titrage colorimétrique Choix d’un indicateur coloré

Joindre la courbe pH = f(VB) avec la représentation de la zone de virage de l’indicateur choisi.

Justification du choix de l’indicateur coloré (répondre aux questions).

Titrage colorimétrique

Indiquer le mode opératoire pour repérer l’équivalence et donner le volume VBE mesuré.

Réponses aux questions.

3. Conclusion À quoi sert un contrôle qualité et comment peut en réaliser un ? Calculer l’écart relatif avec la valeur théorique et conclure.

Rappel :

Écart relatif (%) =

CORRECTIONCORRECTION1. Titrage pH-métrique Principe :

Un comprimé d'Aspirine du Rhône 500 est dissous soigneusement un comprimé d'Aspirine du Rhône 500 est dissous dans 500,0 mL d'eau distillée, on obtient une solution S d’aspirine. On réalise un titrage pH-métrique d’un prélèvement de la solution S (solution titrée) par une solution d'hydroxyde de sodium (soude, solution titrante) de concentration connue cB = 1,00 10–2 mol.L–1 .

Ce titrage consiste à : - Relever le pH de la solution au fur et à mesure que l’on y verse la soude ;- Exploiter le graphe obtenu représentant l’évolution du pH en fonction du volume de soude versé pour

retrouver la quantité de matière présente dans le comprimé d’aspirine.

Protocole expérimental :

Dissolution du comprimé d’aspirineDissolution du comprimé d’aspirine

Broyer soigneusement un comprimé d’aspirine dans un mortier en présence d’un peu d’eau distillée. Introduire la solution, le solide non dissout et les eaux de rinçage du mortier dans une fiole jaugée de 500,0 mL. Ajouter un peu d’eau distillée puis agiter. Compléter jusqu’au trait de jauge et agiter la solution sur un agitateur magnétique. On notera par la suite cA la concentration molaire moléculaire en aspirine de cette solution S.

Dosage pH-métrique de la solution obtenueDosage pH-métrique de la solution obtenue

Rincer la burette avec la solution titrante (soude). Remplir la burette avec la soude puis faire le « zéro ». Prélever un volume VA = 20,0 mL de la solution S d’aspirine à l'aide d’une pipette jaugée (préalablement rincée avec la solution à prélever) et les verser dans un bécher de 100 mL FH (1). Placer le bécher sur un agitateur magnétique puis placer la sonde du pH-mètre sur son support et la plonger dans l’échantillon (prise d’essai) de la solution S. Mettre en place une agitation modérée de l’échantillon à l’aide de l’agitateur magnétique. Mesurer le pH initial de la solution acide (pour un volume VB = 0 mL). Verser la soude millilitre par millilitre et faire une acquisition pour chaque volume de soude versé. Arrêter l’acquisition à VB = 20 mL.

Réponses aux questions :

Q1.Q1. Formule brute et masse molaire moléculaire

M(C9H8O4) = 180 g.L–1

Q2.Q2. Concentration massique théorique

On dissout un comprimé contenant 500 mg d’acide acétylsalicylique [DOC. 1] dans 500 mL d’eau distillée (solution S). La concentration massique sera donc :

cm = 0,500 / 0,500 = 1,00 g.L–1.Q3.Q3. La solubilité de l’acide acétylsalicylique, à 25°C est de 4,6 g.L–1, d’après le document 3. Cela signifie que dans 1 L d’eau pure, on peut dissoudre au maximum 4,6 g d’acide acétylsalicylique. Notre comprimé, qui n’en contient que 0,5 g, est dissout dans 0,5 L d’eau distillée, qui peut en dissoudre au maximum 2,3 g. Donc la totalité de l’acide acétylsalicylique a été dissoute dans la solution S. S’il reste des particules en suspension, il s’agit des excipients non dissous du comprimé.

1 FH = Forme haute

Q4.Q4. Couple et formule semi-développée de l'ion acétylsalicylate :

L’aspirine est un acide carboxylique et la forme acide du couple C9H8O4 / C9H7O4–. L’ion acétylsalicylate est la base

conjuguée de ce couple.

Formule semi-développée de l’ion acétylsalicylate :

Q5.Q5. Équation de la réaction support du titrage.

C9H8O4 (aq) + HO–(aq) C9H7O4

–(aq) + H2O(ℓ)

Ou

AH(aq) + OH–(aq) A–

(aq) + H2O(ℓ)

Q6.Q6. Volume VBE théorique nécessaire de soude à verser pour atteindre l’équivalence :

Il faut utiliser un tableau d’avancement :

Équation de la réaction support du titrage :REACTIFS PRODUITS

AH(aq) + HO–(aq) A–

(aq) + H2O(ℓ)

État du système Avancement(mol) n(AH) n(HO–) n(A–) n(H2O)

État initial x = 0 n(AH)0 n(HO–)E 0 /État intermédiaire x n(AH)0 x n(HO–)E – x x /Équivalence xE n(AH)0 xE n(HO–)E – xE xE /

À l’équivalence : n(AH)0 = n(HO–)E cA VA = cB VBE

A.N. : = 11,1 mL (pour un volume de prise d’essai de VA = 20 mL)Q7.Q7. Le pH augmente au cours du dosage, au fur et à mesure que l’on ajoute le réactif titrant (les ions hydroxyde HO–).

La variation de pH est brutale au voisinage de l’équivalence théorique prévue par le calcul préliminaire (volume V BE de solution titrante versée pour atteindre l’équivalence, calculé à la question Q6)

Q8.Q8. Étude de l’équivalence

Par la méthode des tangentes ou le tracé de la dérivée du pH par rapport au volume, on détermine :

- Le pH à l’équivalence :

pHE = 7

- Le volume de soude versé à l’équivalence :

VBE = 11 mL

Q9.Q9. Concentration molaire et quantité de matière en aspirine de la solution S

D’après l’équation de la réaction du titrage (Q5), à l’équivalence on a :

n(OH–)versé à l’équivalence = n(C9H8O4)dissout

Soit :

cB VBE = cA VA

A.N. : = 5,5 10–3 mol.L–1

Le comprimé a été dissout dans un volume V = 500 mL. La quantité de matière en aspire dans la solution S sera donc :

naspirine = cA V

A.N. : naspirine = 5,5 10–3 x 0,500 = 2,75 10–3 mol

Q10.Q10. Masse d'aspirine contenue dans le comprimé

Par définition, m(C9H8O4) = M(C9H8O4) n(C9H8O4)

A.N. : m(C9H8O4) = 180 2,75 10–3 = 495 mg

Q11.Q11. Comparaison résultat de l'expérience et indication de l'étiquette.

Masse expérimentale : 495 mgIndication de l’étiquette : 500 mg

Écart relatif faible donc le contrôle qualité est satisfaisant.

2. Titrage colorimétrique Réponses aux questions :

Q12.Q12. Un indicateur coloré de pH est une molécule qui a la capacité de changer de couleur en fonction de l’acidité (au sens de Brønsted) du milieu dans lequel il se trouve.

Ou bien : « C’est est un couple acide / base, noté HInd/Ind dont les espèces conjuguées ont des teintes différentes. »

Q13.Q13. Zones de virage des trois indicateurs colorés

Q14.Q14. Un indicateur coloré de pH est une espèce chimique qui a la capacité de changer de couleur en fonction du pH du milieu dans lequel il se trouve. Ainsi, La variation de pH au voisinage de l’équivalence étant brutale, cela entraîne le changement de teinte de l’indicateur et indique ainsi l’équivalence avec précision.

Écart relatif = = 1 %

Zone de virage du BBT

Zone de virage de laphénolphtaléine

Zone de virage de

l’hélianthine

Q15.Q15. Un indicateur coloré convient pour repérer l’équivalence d’un titrage si sa zone de virage contient le pH à l’équivalence. Ici, l’indicateur coloré le mieux adapté est le BBT car sa zone de virage englobe le pH à l’équivalence qui est de 7.Q16.Q16. Dosage colorimétrique de la solution S

Mode opératoire :

Rincer la burette avec la solution titrante (soude). Remplir la burette avec la soude puis faire le « zéro ». Prélever un volume VA = 20,0 mL de la solution S d’aspirine à l'aide d’une pipette jaugée (préalablement rincée avec la solution à prélever) et les verser dans un bécher de 100 mL FH (2). Ajouter quelques gouttes (3 ou 4) de BBT dans le bécher. Placer le bécher sur un agitateur magnétique et mettre en place une agitation modérée de l’échantillon à l’aide de l’agitateur magnétique. Verser la soude millilitre par millilitre et contrôler la couleur de la solution dosée pour chaque volume de soude versé. Arrêter le titrage lorsque la solution dosée prend la couleur de la zone de virage du BBT et que cette couleur persiste au moins 30 s. Relever la valeur du volume de soude versé (VBE).

2 FH = Forme haute

FFICHEICHE TP TP NN°2°2 : D: DOSAGEOSAGE DEDE LL’’ASPIRINEASPIRINE

Type d’activité : Activité expérimentaleDurée : 2 hConditions de mise en œuvre : manipulation en binômes.

NOTION ET CONTENU COMPÉTENCES EXIGIBLES

Dosages par titrage direct. Réaction support de titrage ; caractère quantitatif. Équivalence dans un titrage ; repérage de l'équivalence pour un titrage pH-métrique et par utilisation d’un indicateur de fin de réaction.

Établir l’équation de la réaction support de titrage à partir d’un protocole expérimental. Pratiquer une démarche expérimentale pour déterminer la concentration d’une espèce chimique par titrage par le suivi d’une grandeur physique et par la visualisation d’un changement de couleur, dans le domaine de la santé, de l’environnement ou du contrôle de la qualité.

Matériel par groupe :

-- Console labquest + sonde pH-métrique- Burette graduée de 25 mL- Agitateur magnétique avec barreau aimanté- 1 bécher de 50 mL (FH)- 1 bécher de 100 mL (FH)- 1 bécher de 100 mL normal- 1 Pipette jaugée de 20,0 mL + poire à pipeter- 1 pissette d’eau distillée- Solution d’hydroxyde de sodium (c = 1,0 10–2 mol.L–1)- 1 flacon de BBT

Bureau professeur :

- 1 boite d’aspirine du Rhône- 1 mortier + pilon- 1 entonnoir- 1 fiole jaugée de 500,0 mL- 1 exemplaire du matériel élève

Source de l’activitéSource de l’activitéSitographie :

- Wikipedia.org (Acide acétylsalicylique) ;-