Pour savoir combien d’acide contient un échantillon, le chimiste commence souvent par le faire disparaître. C’est le paradoxe du titrage, l’une des deux grandes façons de doser une espèce chimique : on la consomme volontairement par une réaction, et c’est le volume de réactif nécessaire pour l’épuiser qui livre la réponse. Le principe du dosage tient dans cette idée : connaître ce qu’on ne voit pas à travers ce qu’on sait compter.
L’autre famille, le dosage par étalonnage, fait exactement l’inverse. Elle laisse l’échantillon intact et compare une propriété physique, comme l’absorbance, à celle de solutions de teneur connue. Savoir laquelle choisir, et pourquoi, éclaire tout le chapitre, de la Première, où l’oxydoréduction sert de support aux titrages, à la Terminale, où les réactions acide-base prennent le relais.
Quel est le principe d’un dosage ? 🧪
Doser une espèce chimique, c’est déterminer sa concentration, sa quantité de matière ou sa masse dans un échantillon qui contient souvent bien d’autres espèces. Pour y parvenir, deux familles de méthodes existent : l’étalonnage et le titrage direct.
La ressource éduscol consacrée aux dosages part d’un « échantillon contenant plusieurs espèces chimiques dont l’espèce chimique qui nous intéresse ». L’objectif n’est donc pas de tout analyser, mais d’isoler une seule inconnue : la concentration de l’espèce visée, notée C ou [X].
- Le dosage par étalonnage compare une propriété physique de la solution (absorbance, conductance) à celle d’une gamme de solutions étalons,
- Le dosage par titrage fait réagir l’espèce à doser, le réactif titré, avec un réactif titrant de concentration connue, jusqu’à l’équivalence.
Le programme officiel suit cette progression. L’étalonnage figure parmi les notions abordées en Seconde, puis la spécialité de Première ajoute la gamme étalon par mesure d’absorbance et le titrage avec suivi colorimétrique (programme de physique-chimie de Première, 2019). Le tableau ci-dessous résume ce qui distingue les deux méthodes.
| Critère | Dosage par étalonnage | Dosage par titrage |
|---|---|---|
| Principe | Comparer l’échantillon à des solutions étalons | Faire réagir l’espèce titrée avec un réactif titrant |
| Ce que l’on mesure | Une propriété physique : absorbance, conductance | Le volume de solution titrante versé à l’équivalence |
| Réaction chimique | Aucune | Réaction support : oxydoréduction ou acide-base |
| Outil d’exploitation | Courbe d’étalonnage, par exemple A = f(C) | Relation entre quantités de matière à l’équivalence |
| Sort de l’échantillon | Non détruit, réutilisable | Détruit : l’espèce titrée est consommée |
| Classe | Seconde, Première (absorbance), Terminale (conductance) | Première (suivi colorimétrique), Terminale (pH-métrie, conductimétrie) |
La différence la plus concrète tient au sort de l’échantillon. Éduscol conclut sa présentation de l’étalonnage d’une phrase sans détour, « Cette méthode de dosage est non destructive », puis tranche à l’inverse pour le titrage direct :
Cette méthode de dosage est destructive.
Ministère de l’Éducation nationale, éduscol, ressource lycée « Chimie : les dosages », à propos du dosage par titrage direct
Concrètement, une solution passée au spectrophotomètre peut resservir. Un prélèvement titré, lui, a été consommé par la réaction et ne contient plus l’espèce que tu cherchais à quantifier.
Comment fonctionne un dosage par étalonnage ? 📊
Cette méthode compare la solution à doser à une série d’étalons de concentrations connues, en relevant la même propriété physique sur chacun. Le graphique obtenu, appelé courbe d’étalonnage, permet ensuite de lire la teneur de l’échantillon.
- Préparer une gamme étalon : plusieurs solutions de la même espèce, de concentrations connues et croissantes,
- Relever l’absorbance de chaque étalon au spectrophotomètre, dans les mêmes conditions,
- Tracer la droite d’étalonnage
A = f(C), - Faire de même avec la solution inconnue, puis reporter la valeur obtenue sur la droite pour en déduire sa teneur.
Cette méthode repose sur la loi de Beer-Lambert. Dans la formulation d’éduscol, l’absorbance A d’une solution « est proportionnelle à la concentration (molaire ou massique) » de l’espèce colorée : A = k × C, avec k une constante. La droite passe donc par l’origine, et une lecture graphique ou le calcul C = A / k donne la concentration molaire cherchée.
Le programme de Première en fait une capacité exigible : proposer et mettre en œuvre un protocole pour réaliser une gamme étalon, déterminer la concentration d’une espèce colorée par des mesures d’absorbance, puis « tester les limites d’utilisation du protocole ». Ces limites tiennent surtout aux conditions expérimentales.
Fais le blanc avec le solvant seul, garde la même cuve pour toutes les lectures, travaille avec des solutions suffisamment diluées et à température constante. Si l’une de ces conditions change, la proportionnalité entre A et C n’est plus garantie.
En Terminale, l’étalonnage s’étend aux espèces ioniques. On relève une conductance, on trace le même type de droite, et la loi de Kohlrausch relie la conductivité σ de la solution aux concentrations des ions qu’elle contient. Pour une solution diluée d’un seul soluté ionique, σ est proportionnelle à C, ce qui ramène au même raisonnement qu’avec Beer-Lambert. Le programme demande aussi de citer les domaines de validité de ces relations : hors de ce domaine, la proportionnalité n’est plus assurée.
Comment fonctionne un titrage ? ⚗️
Un titrage consiste à ajouter progressivement, à l’aide d’une burette, une solution titrante de concentration connue dans un volume précis de solution à doser, jusqu’à consommer entièrement l’espèce titrée. Le volume versé à ce moment, le volume équivalent, suffit à en déduire, en mol, la quantité cherchée.
L’Union internationale de chimie pure et appliquée (IUPAC) décrit le titrage de la même façon dans sa terminologie de référence : il s’agit de déterminer la quantité d’une substance en lui ajoutant, par incréments mesurés, une autre substance avec laquelle elle réagit, presque toujours une solution étalonnée appelée titrant, tout en disposant d’un moyen de repérer le moment où la première a pratiquement fini de réagir.
🔄 La réaction support et l’équivalence
La transformation qui met en présence le réactif titrant et le réactif titré s’appelle la réaction support du titrage. En Première, ce sont des réactions d’oxydoréduction ; en Terminale, le programme introduit les réactions acide-base à cet effet. Pour convenir, elle doit en général réunir plusieurs qualités :
- Être totale, pour que le réactif limitant disparaisse entièrement,
- Être rapide, afin que chaque ajout réagisse aussitôt,
- Être unique, c’est-à-dire ne faire intervenir que l’espèce à doser parmi toutes celles de la solution,
- Permettre de repérer l’équivalence, par un changement de couleur ou à l’aide d’un appareil.
Au début du titrage, le réactif titrant est le réactif limitant : chaque goutte versée est aussitôt consommée, et ce qui reste de l’espèce titrée diminue. L’équivalence correspond au changement de réactif limitant. Les deux réactifs ont alors été introduits dans les proportions stœchiométriques et sont entièrement consommés. Au-delà, la solution titrante ajoutée s’accumule sans plus rien trouver avec quoi réagir.
En Première, un titrage classique utilise une solution de permanganate de potassium, dont l’ion MnO₄⁻ est violet. Tant qu’il réagit, sa couleur disparaît à chaque goutte ; la première teinte persistante signale que l’équivalence est atteinte.
🎨 Les suivis colorimétrique, pH-métrique et conductimétrique
Repérer l’équivalence avec précision, c’est tout l’enjeu du suivi. Trois méthodes figurent au programme : une en Première et deux en Terminale.
| Suivi | Ce que l’on observe ou mesure | Repérage de l’équivalence | Classe |
|---|---|---|---|
| Colorimétrique | La couleur du mélange, parfois grâce à un indicateur coloré | Changement de couleur persistant | Première |
| pH-métrique | Le pH en fonction du volume versé | Saut de pH, variation brusque | Terminale |
| Conductimétrique | La conductivité σ en fonction du volume versé | Rupture de pente de la courbe | Terminale |
Pour un titrage acide-base suivi à l’œil, on ajoute un indicateur coloré. Éduscol pose la règle de choix : « La zone de virage de l’indicateur doit contenir le pH à l’équivalence ». Avec un pH à l’équivalence de 8,5, le rouge de crésol, dont la zone de virage s’étend de 7,0 à 8,8, convient donc.
Le suivi conductimétrique ne dépend d’aucune couleur. On trace σ en fonction du volume ajouté, et l’équivalence se lit à la rupture de pente. Le programme de Terminale demande de justifier ce changement de pente à partir des conductivités ioniques molaires des ions qui apparaissent ou disparaissent au fil des ajouts.
Commence par un premier titrage rapide, en versant par grands volumes, pour situer l’équivalence. Recommence ensuite en ralentissant à la goutte près autour de cette valeur : c’est ce second volume, plus précis, qui entre dans ton calcul.
Comment déterminer la concentration ? 🔢
À l’équivalence, les quantités de matière des deux réactifs sont liées par les coefficients stœchiométriques de l’équation de la réaction support. Connaissant le titre de la solution titrante et le volume équivalent, tu en déduis le nombre de moles de l’espèce dosée, puis sa concentration.
Pour une réaction support d’équation a A + b B → c C + d D, où A est l’espèce titrée et B le titrant, la relation à l’équivalence s’écrit :
n₀(A) / a = C(B) × V(E) / b
Le produit C(B) × V(E) n’est rien d’autre que le nombre de moles de B versé à l’équivalence, puisque n = C × V découle directement de la définition de la concentration molaire. Il reste ensuite à diviser n₀(A) par le volume prélevé au départ pour obtenir C(A).
Quand les coefficients valent 1, la relation devient simplement n(acide) = n(HO⁻). Avec l’acide citrique, qui réagit avec trois ions hydroxyde, elle prend la forme n(C₆H₈O₇) / 1 = n(HO⁻) / 3 : il faut trois fois plus d’ions HO⁻ que de molécules d’acide. Le programme de Terminale insiste d’ailleurs sur les notations, pour ne pas confondre valeurs à l’équivalence et valeurs à l’équilibre.
Exemple résolu : ce beurre est-il rance ? Un sujet de bac de 2017, repris par la ressource éduscol, fixe le critère : un beurre est rance si sa teneur massique en acide butanoïque est « supérieure ou égale à 4 % ». Ce composé, extrait d’un échantillon, est titré par une solution d’hydroxyde de sodium (soude) de concentration C = 4,0 × 10⁻¹ mol/L, avec un suivi conductimétrique.
- Équation support :
C₃H₇COOH + HO⁻ → C₃H₇COO⁻ + H₂O, coefficients égaux à 1, doncn(acide) = n(HO⁻)versé à l’équivalence, - Lecture du graphique : la rupture de pente donne
V(E) = 6,5 mL, - Calcul :
n = 4,0 × 10⁻¹ × 6,5 × 10⁻³ = 2,6 × 10⁻³ mol, - Conclusion : rapporté à la masse de l’échantillon, ce résultat correspond à une teneur de 2,9 %, sous le seuil de 4 %. Le beurre n’est pas rance.
À quoi servent les dosages dans la vie courante ? 🚰
Les dosages servent à vérifier qu’une concentration respecte une valeur attendue. Le programme de Première cite comme applications des titrages le contrôle qualité, l’analyse de produits d’usage courant, la surveillance environnementale et les analyses biologiques, sans oublier la combustion, la corrosion ou le détartrage.
Le programme de Terminale élargit encore le champ en citant la santé, l’alimentation, la cosmétique, le sport, l’environnement et les matériaux. Le robinet en donne un exemple parlant : l’arrêté du 11 janvier 2007, toujours en vigueur dans sa version consolidée, fixe la limite de qualité des nitrates dans les eaux destinées à la consommation humaine. Vérifier qu’une eau la respecte suppose de connaître sa teneur en nitrates, autrement dit de la doser.
Limite de qualité des nitrates dans l’eau du robinet
mg/L au maximum, fixés par l’arrêté du 11 janvier 2007 (Légifrance, version consolidée)
Rien d’étonnant, donc, à ce que le chapitre occupe une place de choix au lycée. En Terminale, cette spécialité se suit dans le cadre de six heures hebdomadaires, et la première partie du programme, « Déterminer la composition d’un système par des méthodes physiques et chimiques », est entièrement consacrée à ces techniques (programme de Terminale, 2019).
Retenir le principe du dosage, c’est au fond retenir une question à se poser devant chaque exercice : faut-il comparer à des étalons ou faire réagir jusqu’à l’équivalence ? Une fois la méthode identifiée, le calcul suit presque toujours la même trame. Pour t’entraîner sur des protocoles et des sujets de bac, de nombreux professionnels proposent leurs services à domicile ou en visio : un professeur de physique chimie peut t’aider à rendre ces raisonnements automatiques.
Les questions fréquentes ❓
🤔 Quelle est la différence entre un dosage et un titrage ?
Le dosage désigne l’objectif : déterminer la concentration ou la quantité de matière d’une espèce. Le titrage est l’une des deux façons d’y parvenir, celle qui fait réagir l’espèce avec un réactif titrant jusqu’à l’équivalence. L’autre voie, l’étalonnage, se passe de toute réaction : elle compare une propriété physique de l’échantillon à celle de solutions étalons. Tout titrage est donc un dosage, mais tout dosage n’est pas un titrage.
💡 Qu’est-ce que l’équivalence d’un titrage ?
L’équivalence est l’instant où le réactif titrant et le réactif titré ont été introduits dans les proportions stœchiométriques. Avant, le titrant est limitant ; après, c’est l’espèce titrée qui a disparu. À ce moment précis, les deux réactifs sont entièrement consommés. Le volume de solution titrante versé, appelé volume équivalent, permet de remonter au nombre de moles initial de l’espèce dosée.
🔍 Comment choisir un indicateur coloré ?
La zone de virage de l’indicateur doit contenir le pH à l’équivalence. C’est la règle rappelée par la ressource éduscol sur les dosages. Si le pH à l’équivalence vaut 8,5, le rouge de crésol, qui vire entre 7,0 et 8,8, convient. Un indicateur dont la zone de virage se situe loin de cette valeur changerait de couleur trop tôt ou trop tard, et fausserait le volume équivalent.
📌 Un dosage par étalonnage détruit-il l’échantillon ?
Non, le dosage par étalonnage est une méthode non destructive. On se contente de relever une propriété physique, comme l’absorbance au spectrophotomètre ou la conductance, sans faire réagir l’espèce chimique. L’échantillon reste intact et peut servir à d’autres analyses. Le titrage, au contraire, consomme l’espèce visée par une réaction : c’est une méthode destructive.
Sources 📚
- Ministère de l’Éducation nationale. « Chimie : les dosages ». Éduscol, ressource d’accompagnement lycée, https://eduscol.education.gouv.fr/sites/default/files/document/lycee-chimie-dosages1264915pdf-89406.pdf.
- Ministère de l’Éducation nationale. « Programme de physique-chimie de Première générale ». Bulletin officiel spécial n° 1 du 22 janvier 2019, 2019, https://eduscol.education.gouv.fr/sites/default/files/document/spe635annexe1063432pdf-82266.pdf.
- Ministère de l’Éducation nationale. « Programme de physique-chimie de Terminale générale ». Bulletin officiel spécial n° 8 du 25 juillet 2019, 2019, https://cache.media.education.gouv.fr/file/SPE8_MENJ_25_7_2019/92/9/spe249_annexe_1158929.pdf.
- Légifrance. « Arrêté du 11 janvier 2007 relatif aux limites et références de qualité des eaux destinées à la consommation humaine ». Journal officiel, 2007, version consolidée, https://www.legifrance.gouv.fr/loda/id/JORFTEXT000000465574.
- IUPAC. « Titration ». Compendium of Chemical Terminology (Gold Book), Union internationale de chimie pure et appliquée.
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bonjour
le titrage d un acide par une base est une reaction
a/limitee
b/ oxydoreduction
c/totale
dpartiel
e/ decinormale
Limitée ! :)