C3 – Lire et exploiter une droite d'étalonnage \(A = f(C)\)
C4 – Décrire le principe de l'extraction par solvant et de la chromatographie ; calculer un \(R_f\)
C1 — Distinguer titrage (destructif) et étalonnage (non destructif)
Dosage destructif (titrage) : on fait réagir l'espèce à doser avec un titrant → l'échantillon est transformé. Dosage non destructif (étalonnage) : on mesure une propriété physique (absorbance, conductivité, couleur) → l'échantillon est préservé.
Exercice 1
Pour chacune des méthodes suivantes, indiquer s'il s'agit d'un dosage destructif ou non destructif :
a) titrage acido-basique ;
b) spectrophotométrie ;
c) colorimétrie ;
d) titrage conductimétrique.
a) destructif — b) non destructif — c) non destructif — d) destructif.
Règle : dès qu'on fait réagir l'espèce avec un titrant, le dosage est destructif. Si on mesure seulement une propriété physique, il est non destructif.
Exercice 2
Un technicien de laboratoire doit analyser un médicament sans le détruire, car l'échantillon doit ensuite être conservé comme preuve. Quel type de dosage doit-il privilégier ? Justifier.
Il doit choisir un dosage non destructif (par exemple la spectrophotométrie) : la mesure d'une propriété physique ne transforme pas l'échantillon, qui reste intact pour être conservé.
Exercice 3
Compléter le tableau en indiquant, pour chaque critère, le type de dosage concerné.
Critère
Titrage
Étalonnage
Principe
……
……
Sort de l'échantillon
……
……
Matériel principal
……
……
Critère
Titrage
Étalonnage
Principe
réaction chimique avec un titrant
mesure d'une propriété physique
Sort de l'échantillon
modifié (détruit)
préservé
Matériel principal
burette, bécher, pH-mètre / conductimètre
spectrophotomètre, solutions étalons
Exercice 4
Un technicien qualité contrôle la teneur en colorant d'une boisson tous les jours sur le même échantillon de référence. Explique pourquoi une méthode non destructive est ici particulièrement adaptée.
Une méthode non destructive (spectrophotométrie, colorimétrie) préserve l'échantillon : on peut le réutiliser d'un contrôle à l'autre, mesurer plusieurs fois, et comparer les résultats sans consommer de matière. Un titrage détruirait l'échantillon à chaque mesure.
C2 — Exploiter l'équivalence d'un titrage
À l'équivalence (réaction 1:1) : \(C_A \times V_A = C_B \times V_E\)
\(C_A, V_A\) : concentration et volume de la solution à doser — \(C_B\) : concentration du titrant — \(V_E\) : volume équivalent.
Exercice 1
Lors d'un titrage pH-métrique, on trace la courbe pH = f(V). Comment repère-t-on le volume équivalent \(V_E\) sur cette courbe ?
À l'équivalence, le pH varie brutalement : c'est le saut de pH. Le volume équivalent \(V_E\) est l'abscisse du milieu de ce saut.
(En suivi conductimétrique, l'équivalence correspond au changement de pente de la courbe \(\sigma = f(V)\).)
Exercice 2
Un technicien de laboratoire titre \(V_A = 20{,}0\) mL d'un acide par de la soude à \(C_B = 0{,}10\) mol/L. Le volume équivalent lu est \(V_E = 12{,}0\) mL. Calculer la concentration \(C_A\) de l'acide.
Un technicien qualité titre \(V_A = 25{,}0\) mL d'une solution acide par de la soude à \(C_B = 0{,}20\) mol/L. Le volume équivalent est \(V_E = 15{,}0\) mL. Calculer \(C_A\).
Un œnologue titre \(V_A = 10{,}0\) mL de vinaigre dilué par de la soude à \(C_B = 0{,}50\) mol/L. Le volume équivalent est \(V_E = 16{,}0\) mL.
a) Calculer la concentration molaire \(C_A\) de l'acide.
b) La masse molaire de l'acide acétique est \(M = 60\) g/mol. Calculer la concentration massique \(C_m = C_A \times M\) (en g/L).
a) \(C_A = \dfrac{C_B \times V_E}{V_A} = \dfrac{0{,}50 \times 16{,}0}{10{,}0} = 0{,}80\) mol/L.
b) \(C_m = C_A \times M = 0{,}80 \times 60 = 48\) g/L. \(C_A = 0{,}80\) mol/L et \(C_m = 48\) g/L.
Exercice 5
Un technicien de laboratoire titre \(V_A = 15{,}0\) mL d'un acide de concentration \(C_A = 0{,}10\) mol/L par de la soude à \(C_B = 0{,}25\) mol/L. Quel volume équivalent \(V_E\) doit-il obtenir ?
C3 — Lire et exploiter une droite d'étalonnage \(A = f(C)\)
Loi de Beer-Lambert : \(A = \varepsilon \cdot \ell \cdot C\) → l'absorbance A est proportionnelle à la concentration C.
La courbe d'étalonnage \(A = f(C)\) est une droite passant par l'origine. On y reporte l'absorbance de l'échantillon pour lire sa concentration.
Exercice 1
La droite d'étalonnage ci-dessous a été obtenue avec plusieurs solutions étalons.
Droite d'étalonnage A = f(C).
a) La droite passe-t-elle par l'origine ? Que traduit-elle ?
b) Un échantillon a une absorbance \(A = 0{,}30\). Déterminer graphiquement sa concentration.
a) Oui, la droite passe par l'origine : cela traduit la proportionnalité entre l'absorbance et la concentration (loi de Beer-Lambert).
b) On repère \(A = 0{,}30\) sur l'axe vertical, on rejoint la droite puis on descend sur l'axe des concentrations : \(C \approx \mathbf{1{,}5}\) mmol/L.
Exercice 2
Sur la même droite d'étalonnage (Exercice 1), un technicien qualité mesure une absorbance \(A = 0{,}40\) pour un échantillon.
a) Déterminer graphiquement la concentration correspondante.
b) L'absorbance mesurée est-elle dans le domaine couvert par la gamme étalon ?
a) Pour \(A = 0{,}40\), on lit \(C \approx \mathbf{2{,}0}\) mmol/L (point étalon).
b) Oui : \(A = 0{,}40\) correspond au 2e point étalon, la valeur est bien dans le domaine (jusqu'à 3,0 mmol/L). La lecture est fiable.
Exercice 3
Un technicien de laboratoire prépare une gamme étalon puis mesure l'absorbance de chaque solution. Remettre dans l'ordre les étapes d'un dosage par étalonnage spectrophotométrique :
tracer la droite \(A = f(C)\) ;
mesurer l'absorbance de l'échantillon inconnu ;
préparer plusieurs solutions étalons ;
reporter sur la droite pour lire la concentration inconnue ;
mesurer l'absorbance de chaque étalon.
Ordre correct : 3 → 5 → 1 → 2 → 4.
Préparer les étalons, mesurer leurs absorbances, tracer la droite, mesurer l'absorbance de l'échantillon, puis lire sa concentration sur la droite.
Exercice 4
Un technicien qualité mesure une absorbance \(A = 0{,}80\) pour un échantillon, alors que la gamme étalon ne va que jusqu'à \(A = 0{,}60\).
a) Pourquoi ne peut-il pas lire directement la concentration sur la droite ?
b) Quelle opération simple peut-il réaliser pour ramener l'absorbance dans le domaine de la gamme ?
a) La droite d'étalonnage n'est valable que dans le domaine des étalons (\(A \le 0{,}60\)). Au-delà, la lecture ne serait pas fiable.
b) Il peut diluer l'échantillon (par exemple d'un facteur 2) pour ramener son absorbance dans le domaine, puis multiplier la concentration lue par le facteur de dilution.
C4 — Extraction par solvant et chromatographie (\(R_f\))
Extraction par solvant : transférer une espèce vers un solvant non miscible où elle est plus soluble ; séparation par décantation dans une ampoule à décanter. Chromatographie (CCM) : séparer et identifier des espèces. Rapport frontal : \(R_f = \dfrac{d_{\text{substance}}}{d_{\text{front du solvant}}}\) (sans unité, \(0 \le R_f \le 1\)).
Exercice 1
Pour extraire un arôme d'une solution aqueuse, un technicien de laboratoire hésite entre l'éthanol (miscible à l'eau) et le cyclohexane (non miscible à l'eau). Lequel choisir ? Justifier.
Il faut choisir le cyclohexane : le solvant d'extraction doit être non miscible avec l'eau pour former deux phases séparables par décantation. L'éthanol, miscible à l'eau, donnerait un mélange homogène impossible à séparer.
Exercice 2
Après extraction, l'ampoule à décanter contient deux phases : une phase aqueuse (densité ≈ 1) et une phase organique de cyclohexane (densité < 1).
a) Quelle phase se trouve en haut de l'ampoule ?
b) Comment récupérer la phase du bas ?
a) La phase la moins dense est au-dessus : ici la phase organique (cyclohexane, densité \(\lt 1\)) est en haut.
b) On ouvre le robinet en bas de l'ampoule pour laisser couler la phase inférieure (aqueuse).
Exercice 3
Sur une CCM, une substance a migré de \(d = 2{,}4\) cm tandis que le front du solvant est monté de \(d_{\text{front}} = 6{,}0\) cm. Calculer le rapport frontal \(R_f\).
Un technicien qualité analyse un mélange par CCM. Le chromatogramme obtenu est schématisé ci-dessous (dépôt du mélange et deux références R1 et R2).
Chromatogramme d'un mélange comparé à deux références R1 et R2.
a) Combien d'espèces contient le mélange ?
b) Le mélange contient-il R1 ? Contient-il R2 ? Justifier à l'aide des \(R_f\).
a) Le dépôt « mélange » présente 2 taches : il contient 2 espèces.
b) La tache basse du mélange est à la même hauteur (même \(R_f\)) que R1 → le mélange contient R1. La tache haute est à la même hauteur que R2 → il contient aussi R2. Deux taches au même \(R_f\) correspondent à la même substance.
Exercice 5
Un technicien de laboratoire compare la CCM et la chromatographie sur colonne pour analyser un extrait végétal.
a) Quelle technique permet surtout d'identifier les espèces ?
b) Quelle technique permet de les séparer et récupérer une par une ?
a) La CCM sert surtout à identifier les espèces (comparaison des \(R_f\) avec des références).
b) La chromatographie sur colonne permet de séparer et récupérer les espèces les unes après les autres en sortie de colonne.