TP virtuel de titrage conductimétrique : HCl par NaOH

Ce TP virtuel de titrage conductimétrique reprend le titrage suivi par conductimétrie des programmes de chimie de fin de lycée en France, en Allemagne et en Australie. Une cellule de conductimétrie plonge dans 20,0 mL d'acide chlorhydrique dilués avec 180 mL d'eau. Les élèves versent l'hydroxyde de sodium 1 mL à la fois, relèvent la conductivité σ après chaque ajout et tracent σ en fonction du volume. Le graphique descend puis remonte, et l'équivalence se trouve à l'intersection des deux droites. Aucun indicateur n'est nécessaire, et les conductivités ioniques molaires expliquent l'allure de la courbe. Tous les nombres ci-dessous ont été lus dans la simulation.

Liens avec les programmes

• Terminale, spécialité physique-chimie (constitution et transformations de la matière) : titrage suivi par conductimétrie et loi de Kohlrausch σ = Σλᵢ[Xᵢ].
• Standards de chimie de l'Abitur allemand (KMK) : le titrage conductimétrique comme méthode d'analyse quantitative.
• NSW HSC Chemistry (Australie), Module 6 (Acid/Base Reactions) : analyse quantitative par titrage, y compris les courbes de conductivité.

Simulic n'est affilié à aucun organisme d'examen ni ministère de l'Éducation, et n'est pas approuvé par eux.

Avant le TP (5 min)

Demandez : « Vous versez une solution d'hydroxyde de sodium dans de l'acide chlorhydrique et vous mesurez la conductivité. Ajouter NaOH, c'est ajouter des ions. À quoi ressemblera le graphique de la conductivité en fonction du volume ? » Sur un lien de classe, c'est la question 1 ; la simulation se débloque une fois que les élèves ont répondu.

Protocole dans la simulation

1. Ouvrez l'onglet Titrage. Dans Titrage, choisissez HCl titré par NaOH, réglez Concentration dans le bécher et Concentration dans la burette sur 0,100 mol/L, et cochez Ajouter 180 mL d’eau distillée et Modéliser par deux droites.
2. Appuyez sur Noter pour relever σ à 0 mL.
3. Appuyez sur Verser 1 mL automatiquement. La simulation verse 1,0 mL et relève σ à chaque fois. Appuyez sur Pause vers 30 mL.
4. Lisez le volume équivalent à l'intersection des deux droites, puis cochez Tracer σ corrigée de la dilution et lisez-le de nouveau.
5. Appuyez sur Nouveau bécher, décochez Ajouter 180 mL d’eau distillée et recommencez sans la correction.

V de NaOH (mL)	0	5	10	15	20	25	30
σ (mS/m)

Résultats attendus

Le conductimètre fluctue d'environ ±0,3 % : les valeurs diffèrent donc légèrement d'un essai à l'autre.

• Départ : σ = 425–427 mS/m à 0 mL (modèle : 425,9). Elle diminue de façon linéaire jusqu'à environ 115 mS/m à 20 mL, puis remonte jusqu'à environ 218 mS/m à 30 mL.
• Modélisation par deux droites, avec eau : 19,73 et 19,76 mL pour des mesures jusqu'à 30 mL ; 19,52 mL pour des mesures jusqu'à 50 mL. Sur 20 000 exécutions du modèle jusqu'à 30 mL, toutes les modélisations sont tombées entre 19,7 et 19,8 mL.
• Corrigée de la dilution : 20,00 mL (19,99 dans le navigateur), le vrai volume équivalent.
• Sans les 180 mL d'eau : la modélisation non corrigée a donné 16,49 mL, soit une erreur de 18 % ; la modélisation corrigée a donné 19,99 mL.

Questions pour les élèves

1. (Prédiction, reposée après le TP) Quelle est l'allure du graphique de la conductivité en fonction du volume de NaOH versé ?
2. Quelle variable l'ajout de 180 mL d'eau distillée aide-t-il à garder presque constante ?
3. Que vaut σ à 0 mL ?
4. Où les deux droites se coupent-elles ?
5. Expliquez l'allure du graphique à partir des ions présents.

Réponses pour l'enseignant : (1) Elle descend jusqu'à un minimum à l'équivalence, puis remonte. (2) Le volume total : la dilution modifie donc à peine les concentrations. (3) Accepter 420–432 mS/m. (4) Accepter 19,4–20,2 mL. (5) Avant l'équivalence, chaque H⁺ (λ = 35,0) est remplacé par un Na⁺ (λ = 5,0), donc σ diminue. Après, les Na⁺ et OH⁻ (λ = 19,9) en excès font augmenter σ. Les Cl⁻ restent présents tout du long.

Idées fausses fréquentes

• « Ajouter des ions augmente toujours la conductivité. » Ici, chaque OH⁻ ajouté élimine un H⁺, et le Na⁺ qui reste conduit beaucoup moins bien.
• « La conductivité est nulle à l'équivalence. » Une solution de chlorure de sodium conduit encore : environ 115 mS/m. Seul H₂SO₄ titré par Ba(OH)₂ descend presque à zéro (0,3 mS/m à 20 mL), car les deux produits quittent la solution.
• « Tous les ions conduisent aussi bien. » H⁺ et OH⁻ conduisent plusieurs fois mieux que Na⁺ ou Cl⁻.
• « La dilution n'a pas d'importance. » Sans l'eau ajoutée, les droites s'incurvent, et la modélisation non corrigée se trompe de plus de 3 mL.

Prolongement

• Autres titrages : essayez CH₃COOH titré par NaOH, NaCl titré par AgNO₃ et H₂SO₄ titré par Ba(OH)₂. Demandez d'abord aux élèves d'esquisser chaque graphique.
• Loi de Kohlrausch : dans l'onglet Cellule de conductimétrie, mesurez du chlorure de sodium à plusieurs concentrations pour tracer une droite d'étalonnage, puis trouvez la concentration en sel des échantillons d'eau A et B.

Questions fréquentes

Le lien de classe peut-il s'ouvrir sur le titrage ?

Oui. Dans la page de partage, fixez Écran sur « Titrage conductimétrique » dans les valeurs de départ du lien, avec Titrage, les deux concentrations et Ajouter 180 mL d’eau distillée dans le bécher. Sinon, l'étape 1 demande aux élèves d'ouvrir l'onglet.

Puis-je donner à chaque classe une concentration inconnue ?

Vous pouvez fixer une autre Concentration de la solution titrée (20,0 mL) et cocher Masquer la concentration de la solution titrée. Sur un lien ordinaire, les élèves peuvent encore voir la valeur fixée dans les valeurs de départ ; verrouillez les paramètres (une option de lien Pro) pour la masquer.

Pourquoi le volume modélisé vaut-il 19,8 mL et non 20,0 mL ?

Le volume passe de 200 à 230 mL pendant le titrage, ce qui incurve légèrement les droites. Cocher Tracer σ corrigée de la dilution supprime cet effet.

Simulations et guides associés

Titrage acido-basique et courbe de titrage Électrolyse de solutions aqueuses avec électrodes inertes

Pour un titrage avec burette et indicateur, voir le TP virtuel de titrage et le TP virtuel de titrage d'échantillons inconnus.