Lorsque les chimistes doivent trouver la concentration d'une substance dissoute dans une solution, ils utilisent souvent une technique appelée titrage. En ajoutant un produit chimique qui réagit avec le soluté jusqu'à ce que tout le soluté ait été neutralisé, le chimiste peut déterminer la quantité présente à l'origine - et donc la concentration de la solution. Les problèmes de titrage avec des acides et des bases sont des devoirs courants sur les devoirs et les tests en classe de chimie.
Déterminez si l'analyte (le produit chimique dissous dans la solution) et le titrant (le produit chimique ajouté pour neutraliser le soluté) sont des acides ou des bases forts. Un acide est une substance qui libère des protons, tandis qu'une base est une substance qui absorbe des protons. Si le soluté est une base, le titrant sera un acide et vice versa. L'acide chlorhydrique, l'acide nitrique, l'acide sulfurique, l'acide perchlorique, l'acide bromhydrique et l'acide iodhydrique sont les plus courants. les acides forts, tandis que les hydroxydes de lithium, de sodium, de potassium, de rubidium, de calcium, de strontium et de baryum sont des bases fortes. Pour une liste des acides et bases communs, voir le lien dans la section Ressources.
Déterminez si le produit de la réaction de titrage sera un sel neutre ou un sel basique/acide. Lorsqu'une base forte et un acide fort réagissent, le produit est un sel neutre (un sel à pH 7); la réaction entre l'acide chlorhydrique et la soude par exemple donne du chlorure de sodium qui n'est ni basique ni acide. Cependant, un acide fort réagissant avec une base faible produit un sel acide, tandis qu'une base forte réagissant avec un acide faible produit un sel basique. Les titrages sont rarement effectués avec une combinaison d'un acide faible et d'une base faible, car il serait plus difficile de trouver le point d'équivalence pour ce type de titrage.
Écrivez ce que vous savez et déterminez ce que le problème demande. Habituellement, un devoir ou un problème de test de ce type vous donnera l'identité du titrant et de l'analyte, le volume d'analyte et la concentration du titrant. Le problème peut vous donner la quantité de titrant nécessaire pour atteindre l'équivalence (le point où tout le soluté a été neutralisé) et vous demander de trouver le pH à l'équivalence et la concentration de la solution d'origine, ou cela peut vous donner la concentration à la fois du titrant et du soluté, puis vous demander de trouver le pH à chaque étape de la réaction. Chaque type de problème nécessitera une stratégie différente.
Écrivez l'équation chimique équilibrée de la réaction entre l'acide et la base (elle vous sera également généralement donnée dans le problème). Déterminez le rapport des réactifs en utilisant l'équation chimique, c'est-à-dire combien de molécules d'un produit chimique sont nécessaires pour réagir avec une molécule de l'autre.
Utilisez les données qui vous ont été fournies pour calculer le pH à chaque étape de la réaction si le problème vous le demande (sinon, sautez cette étape et passez à l'étape 6). Selon les identités de l'analyte et du titrant, il existe quatre possibilités.
1) Si l'analyte est un acide fort et que le titrant est une base forte, le pH n'est que le log négatif de la concentration de l'analyte. Pour trouver la concentration en analyte, soustrayez le nombre de moles de titrant ajoutées jusqu'à ce point, puis divisez par le volume total (volume initial d'analyte + volume de titrant ajouté).
2) Si l'analyte est une base forte et le titrant est un acide fort, les étapes que vous suivez sont les mêmes comme en (1) sauf que le log négatif de la concentration en analyte vous donnera le pOH au lieu de pH. Pour convertir le pOH en pH, soustrayez-le de 14.
3) Si l'analyte est un acide faible et le titrant est une base forte, utilisez l'équation de Henderson-Hasselbalch, pH = pKa + log ( [concentration en base conjuguée] / concentration en acide faible restante ). La quantité de base conjuguée est égale à la quantité de titrant que vous avez ajoutée jusqu'à présent; divisez-le par le volume total pour trouver la concentration. Les valeurs de pKa pour de nombreux acides faibles sont répertoriées dans le tableau lié à la section Ressources.
4) Si l'analyte est une base faible et le titrant est un acide fort, utilisez l'autre forme du Équation de Henderson-Hasselbalch, pOH = pKb + log ( [concentration en acide conjugué] / base faible restante concentration ). Convertissez ensuite de pOH en pH en soustrayant de 14.
Trouvez le pH à l'équivalence si le problème vous le demande. Pour un acide fort associé à une base forte, le pH à l'équivalence est de 7. Pour un titrant acide fort et un analyte basique faible, prenez le nombre de moles de base faible présente à l'origine et divisez par le nouveau volume total (volume original d'analyte + volume de titrant ajouté pour atteindre l'équivalence) pour trouver la concentration, puis prenez le log négatif de cette concentration. La procédure pour un titrant de base forte avec un analyte acide faible est la même, sauf qu'une fois que vous avez pris le journal négatif, vous aurez le pOH plutôt que le pH, vous devez donc le convertir en pH en le soustrayant de 14.
Trouvez la concentration d'origine de l'analyte si le problème vous le demande. Le volume de titrant ajouté pour atteindre l'équivalence multiplié par la molarité ou la concentration du titrant vous donnera le nombre de moles de titrant ajoutées. Le nombre de moles de titrant ajouté, multiplié par le rapport entre les réactifs que vous avez trouvés à l'étape 4, est égal au nombre de moles d'analyte présent à l'origine. Divisez le nombre de moles d'analyte par le volume d'origine de l'analyte pour trouver la concentration en analyte.
Conseils
Cette procédure suppose un rapport de 1 à 1 entre l'acide et la base dans la réaction de neutralisation, ce qui est généralement le genre de problème que vous rencontrerez dans un quiz de chimie générale.
Mises en garde
Lorsque vous recherchez des concentrations égales ou antérieures à l'équivalence, tenez compte du volume de titrant que vous avez ajouté.