Deux élèves souhaitent déterminer la concentration en thiosulfate de sodium $(\ce{2 Na^+ (aq) + S2O3^{2-} (aq)})$ d’une solution. Pour cela ils réalisent le titrage colorimétrique par une solution de diiode $\ce{I2 (aq)}$ de concentration $C_1 = \pu{5,0e−2 mol.L-1}$. Le premier élève prélève un volume $V_0 = \pu{10,0 mL}$ de thiosulfate de sodium et le second ajoute quelques gouttes d’empois d’amidon à la solution avant d’effectuer le titrage.
Les deux élèves mesurent un volume à l’équivalence égal à $V_E = \pu{8,0 mL}$.
Données
- Couples oxydant/réducteur des entités mises en jeu : $\ce{I2 / I-}$ et $\ce{S4O6^{2-} / S2O3^{2-}}$.
- L’empois d’amidon résulte de l’agitation de la poudre d’amidon dans de l’eau chaude. Il se forme une suspension translucide plus ou moins visqueuse selon la concentration d’amidon. Il est utilisé comme indicateur de fin de réaction lors des titrages chimiques ou biochimiques d’oxydoréduction qui font intervenir du diiode. En effet, en présence de diiode, l’empois prend une teinte bleu-foncé caractéristique.
- Parmi toutes les entités qui interviennent dans cet exercice (excepté l’empois d’amidon), la seule qui colore une solution aqueuse est le diiode (coloration orange-brun).
Questions
- Rappeler la définition de l’équivalence d’un titrage.
Réponse
L’équivalence d’un titrage est l’instant du titrage où l’on change de réactif limitant.
- Quel est le réactif titrant ? Le réactif titré ?
Réponse
- Le diiode est le réactif titrant.
- Les ions thiosulfate constituent le réactif titré.
- Quel est le réactif limitant avant l’équivalence ? Après l’équivalence ?
Réponse
- Avant l’équivalence le réactif titrant, le diiode, est limitant.
- Après l’équivalence, le réactif titré, les ions thiosulfate, est limitant.
- Quelle est la coloration de la solution avant l’équivalence ? Après l’équivalence ?
Réponse
- Puisque le diiode est le réactif limitant avant l’équivalence, il n’est pas présent dans le bécher. Comme aucune autre entité ne colore la solution, cette dernière est incolore.
- Après l’équivalence, le diiode, réactif en excès, est présent dans la solution. L’empois d’amidon la colore alors en bleu-foncé.
- Pourquoi a-t-on ajouté de l’empois d’amidon ?
Réponse
L’empois d’amidon permet de faire basculer la solution de l’incolore au bleu foncé à l’équivalence, ce qui correspond à un constrate de couleur beaucoup plus important que celui qui serait intervenu en l’absence de cet indicateur coloré (incolore - orange brun).
Nos yeux repérant plus facilement les forts contrastes, la détermination de l’équivalence est plus précise en présence d’empois d’amidon.
- Établir l’équation de la réaction chimique support du titrage.
Réponse
- Pour le couple $\ce{I2 / I-}$ : $\ce{I2 (aq) + 2e^- = 2I- (aq)}$
- Pour le couple $\ce{S4O6^{2-} / S2O3^{2-}}$ : $\ce{S4O6^{2-} (aq) + 2e^- = 2S2O3^{2-} (aq)}$
L’équation de la réaction est donc $$ \ce{I2 (aq) + 2S2O3^{2-} (aq) –> 2I- (aq) + S4O6^{2-} (aq)} $$
- Quelles caractéristiques doit posséder une réaction chimique support d’un titrage ?
Réponse
Une réaction chimique support d’un titrage doit
- être rapide,
- être unique dans la solution,
- modéliser une transformation chimique totale.
- Déterminer la concentration en thiosulfate de sodium de la solution.
Réponse
À l’équivalence, les réactifs ont été introduits dans les proportions stœchiométriques. On a donc $$ \dfrac{n_E(\ce{I2})}{1} = \dfrac{n_0(\ce{S2O3^{2-}})}{2} \iff n_0(\ce{S2O3^{2-}}) = 2 n_E(\ce{I2}) $$ De façon équivalente, on peut écrire, si on note $C_0$ la concentration en thiosulfate de sodium, $$ C_0 V_0 = 2 C_1 V_E \iff C_0 = 2 C_1 \dfrac{V_E}{V_0} $$
A.N. $C_0 = 2 \times \pu{5,0e−2 mol.L-1} \times \dfrac{\pu{8,0 mL}}{\pu{10,0 mL}} = \pu{8,0e-2 mol.L-1}$