Point d'Équivalence en Titrage Chimique

Le point d'équivalence est le moment du titrage où les réactifs sont introduits dans les proportions stoechiométriques de la réaction de titrage.

À l'équivalence, la quantité de matière de l'espèce titrée est égale à la quantité de matière de l'espèce titrante, selon les coefficients stoechiométriques.

On ne peut pas observer directement l'équivalence, mais on la repère par des méthodes appropriées.

Pour une réaction du type : aA + bB → produits

À l'équivalence : n(A)initial = n(B)ajouté

Soit : [A]initial × V_initial = [B]titrant × V_équivalence

Si les coefficients stoechiométriques sont différents : (n_A)/a = (n_B)/b

• Point d'équivalence : moment où les proportions stoechiométriques sont atteintes (théorique)
• Point final : moment où on observe le changement de couleur ou l'indicateur (expérimental)
• On cherche à ce que le point final coïncide le plus possible avec le point d'équivalence

Les indicateurs colorés changent de couleur à un pH particulier :

• Phénolphtaléine : incolore (pH < 8,2) → rose (pH > 10)
• Hélianthine : rouge (pH < 3,1) → jaune (pH > 4,4)
• Bleu de bromothymol : jaune (pH < 6,0) → bleu (pH > 7,6)

On choisit l'indicateur dont la zone de virage correspond au saut de pH du titrage.

• pH-métrie : mesure du pH en fonction du volume de titrant ajouté
• Conductimétrie : mesure de la conductivité
• Spectrophotométrie : mesure de l'absorbance
• Potentiométrie : mesure de la tension

• Précision requise
• Type de réaction (acide-base, redox...)
• Disponibilité du matériel
• Coût et simplicité

Réaction : H₃O⁺ + HO⁻ → 2H₂O

Équivalence : n(H₃O⁺) = n(HO⁻)

Donc : [H₃O⁺] × V_acide = [HO⁻] × V_base,eq

Indicateur : phénolphtaléine (virage rose)

Réaction : 5Fe²⁺ + MnO₄⁻ + 8H⁺ → 5Fe³⁺ + Mn²⁺ + 4H₂O

Équivalence : 5n(Fe²⁺) = n(MnO₄⁻)

Donc : 5 × [Fe²⁺] × V_fe = [MnO₄⁻] × V_mn,eq

Indicateur : le permanganate lui-même (auto-indicateur)

Réaction : Ag⁺ + Cl⁻ → AgCl(s)

Équivalence : n(Cl⁻) = n(Ag⁺)

Donc : [Cl⁻] × V_cl = [Ag⁺] × V_ag,eq

Indicateur : chromate de potassium (K₂CrO₄)

Pour une réaction de titrage : aA + bB → produits

À l'équivalence : n_A/a = n_B/b

Donc : [A] × V_A / a = [B] × V_B,eq / b

Soit : [A] = (b × [B] × V_B,eq) / (a × V_A)

On titre 20,0 mL d'acide chlorhydrique par une solution de soude de concentration 0,100 mol·L⁻¹. Le volume équivalent est 15,0 mL.

Réaction : H₃O⁺ + HO⁻ → 2H₂O (a=1, b=1)

Calcul : [H₃O⁺] = (1 × 0,100 × 15,0×10⁻³) / (1 × 20,0×10⁻³) = 0,075 mol·L⁻¹

Réponse : [H₃O⁺] = 0,075 mol·L⁻¹

• Détermination de la concentration inconnue
• Calcul de la pureté d'un produit
• Contrôle qualité en industrie
• Analyse environnementale

On trace le pH en fonction du volume de solution titrante ajouté.

La courbe présente une zone de variation rapide (saut de pH) autour du point d'équivalence.

Le point d'équivalence correspond à l'inflexion de la courbe ou au point de discontinuité de la dérivée.

On trace la conductivité en fonction du volume de solution titrante.

Le point d'équivalence correspond à un changement de pente.

Les variations de conductivité dépendent des ions présents.

On trace l'absorbance en fonction du volume de solution titrante.

Le point d'équivalence correspond à un changement de pente ou à un minimum/maximum.

Données : V_H₂SO₄ = 25,0 mL, [NaOH] = 0,10 mol·L⁻¹, V_eq = 18,5 mL

Réaction : H₂SO₄ + 2NaOH → Na₂SO₄ + 2H₂O

Coefficients : a = 1, b = 2

À l'équivalence : n_H₂SO₄/1 = n_NaOH/2

Donc : [H₂SO₄] × V_H₂SO₄ = [NaOH] × V_eq / 2

[H₂SO₄] = (0,10 × 18,5×10⁻³) / (2 × 25,0×10⁻³) = 0,037 mol·L⁻¹

Réponse : [H₂SO₄] = 0,037 mol·L⁻¹

Données : V_FeSO₄ = 20,0 mL, [MnO₄⁻] = 0,02 mol·L⁻¹, V_eq = 12,0 mL

Réaction : 5Fe²⁺ + MnO₄⁻ + 8H⁺ → 5Fe³⁺ + Mn²⁺ + 4H₂O

Coefficients : a = 5, b = 1

À l'équivalence : n_Fe²⁺/5 = n_MnO₄⁻/1

Donc : [Fe²⁺] × V_Fe²⁺ / 5 = [MnO₄⁻] × V_eq

[Fe²⁺] = (5 × 0,02 × 12,0×10⁻³) / (20,0×10⁻³) = 0,060 mol·L⁻¹

Réponse : [Fe²⁺] = 0,060 mol·L⁻¹

Données : V_CH₃COOH = 50,0 mL, [NaOH] = 0,10 mol·L⁻¹, V_eq = 22,5 mL, M(CH₃COOH) = 60 g·mol⁻¹

Réaction : CH₃COOH + NaOH → CH₃COONa + H₂O

Coefficients : a = 1, b = 1

À l'équivalence : [CH₃COOH] × V_CH₃COOH = [NaOH] × V_eq

[CH₃COOH] = (0,10 × 22,5×10⁻³) / (50,0×10⁻³) = 0,045 mol·L⁻¹

Quantité de matière : n = [CH₃COOH] × V = 0,045 × 50,0×10⁻³ = 2,25×10⁻³ mol

Masse : m = n × M = 2,25×10⁻³ × 60 = 0,135 g

Réponse : m = 0,135 g

Le saut de pH de 4,5 à 9,5 correspond à un saut de 5 unités de pH.

Ce type de saut est caractéristique d'un titrage acide fort/base forte ou base forte/acide fort.

Exemples : titrage HCl par NaOH, ou H₂SO₄ par KOH.

Le point d'équivalence se situe autour de pH = 7.

Réponse : C'est probablement un titrage entre un acide fort et une base forte.

• Dosage de la caféine dans les boissons
• Mesure de la concentration en glucose dans le sang
• Contrôle de l'acidité des vins
• Évaluation de la teneur en vitamine C

• Contrôle de la concentration des produits pharmaceutiques
• Surveillance de la qualité des aliments
• Analyses environnementales
• Évaluation de la pureté des substances

• Étude des enzymes et des réactions enzymatiques
• Analyses de protéines et d'ADN
• Suivi de réactions chimiques en temps réel
• Contrôle des réactions biologiques

• Concentration trop élevée (non-linéarité de la loi de Beer-Lambert)
• Impuretés dans la solution
• Changements de température
• Effets de surface (si solide)

• Nettoyer soigneusement les cuves
• Équilibrer l'appareil avec le solvant
• Agiter régulièrement la solution
• Protéger les solutions photosensibles
• Effectuer des mesures en double ou triple

• Confondre point d'équivalence et point final
• Utiliser un indicateur inapproprié
• Oublier de tenir compte des coefficients stoechiométriques
• Ne pas respecter les unités

• Point d'équivalence : proportions stoechiométriques atteintes
• Volume équivalent : volume de solution titrante à l'équivalence
• Relation fondamentale : n_A/a = n_B/b
• Formule de dosage : [A] = (b × [B] × V_B,eq) / (a × V_A)

• Indicateurs colorés (virage de couleur)
• pH-métrie (mesure du pH)
• Conductimétrie (mesure de la conductivité)
• Spectrophotométrie (mesure de l'absorbance)

• Acido-basique : transfert de protons
• Rédox : transfert d'électrons
• Précipitation : formation de solide
• Complexe : formation de complexes