Titrage colorimétrique : exemple

On considère le titrage d'une solution de permanganate de potassium par une solution titrante de sulfate de fer (II) acidifiée. La transformation met en jeu un transfert d'électrons : il s'agit d'une transformation que l'on peut modéliser par une réaction d'oxydo-réduction, dont l'équation de réaction s'écrit : \(\mathrm{MnO_4^-(aq)+5\ Fe^{2+}(aq) + 8\ H^+(aq)\longrightarrow Mn^{2+}(aq)+5\ Fe^{3+}(aq)+4\ H_2O(\ell)}\)

Pour ce titrage, la solution titrée est placée dans la burette : en effet, au cours du titrage, il se forme des ions manganèse (II). Ces ions peuvent réagir avec les ions permanganate pour former du dioxyde de manganèse, faussant ainsi le titrage.

Seuls les ions permanganate colorent la solution en violet. Les autres espèces n'apportent aucune couleur.

On peut étudier le titrage à trois moments différents :

• avant l’équivalence ;
• à l’équivalence ;
• après l’équivalence.

Étude du titrage avant l'équivalence

• L'espèce en excès est celle présente dans l’erlenmeyer : ici, ce sont les ions `"Fe"^{2+}`.
• L'espèce limitante est celle ajoutée depuis la burette : ici, ce sont les ions `"MnO"_4^-`.
• La solution reste incolore (les espèces présentes dans l'erlenmeyer sont `"Fe"^{2+}`, `"H"^{+}`, `"Fe"^{3+}` et `"Mn"^{2+}`.
  

À l’échelle microscopique : chaque entité chimique du réactif ajouté réagit avec les entités chimiques de l’espèce présente dans l’erlenmeyer. Tout le réactif versé est consommé.

`\frac{n_0("Fe"^{2+})}{5}\gt\frac{n_{"versé"}("MnO"_4^-)}{\1}`

Étude du titrage à l’équivalence

• Les deux espèces ont totalement réagi, leur quantité de matière dans l'erlenmeyer est nulle.
• Les deux réactifs ont réagi dans des proportions stœchiométriques.

À l’échelle microscopique : les entités chimiques des deux réactifs ont totalement été consommées. Il ne reste donc aucun réactif dans la solution. Seuls les espèces spectatrices et le solvant sont présents dans l'erlenmeyer.

 `\frac{n_0("Fe"^{2+})}{5}=\frac{n_{"versé"}("MnO"_4^-)}{\1}`

Remarque : cet état "d'équivalence" est un état théorique, jamais atteint en pratique. Il est impossible d'introduire exactement le bon nombre d'entités chimiques. Les méthodes de suivi permettent de mettre en évidence le changement qui s'opère entre "avant l'équivalence" et "après l'équivalence".

Étude du titrage après l'équivalence

• L'espèce en excès est l’espèce ajoutée à la burette, car la transformation est terminée. Il s'agit ici des ions `"MnO"_4^-`.
• L'espèce limitante est l’espèce initialement présente dans l'erlenmeyer, elle a été totalement consommée. Il s'agit des ions `"Fe"^{2+}`.
• La solution prend l’aspect ou la couleur de l'espèce ajoutée : ici la solution devient violette à cause de la présence des ions `"MnO"_4^-`.

À l’échelle microscopique : il n’y a plus d’espèce titrée pour réagir. Chaque goutte de titrant ajoutée reste en excès dans la solution.

`\frac{n_0("Fe"^{2+})}{5}\lt\frac{n_{"versé"}("MnO"_4^-)}{\1}`

Repérage de l'équivalence 

Le repérage de l'équivalence correspond en réalité à un repérage de changement de réactif limitant. Il correspond expérimentalement à un changement de couleur de la solution présente dans l'erlenmeyer, et cela de façon persistante : celle-ci passe de l'incolore au violet.