TP virtuel de titrage d'échantillons inconnus : vinaigre

Ce TP virtuel de titrage d'échantillons inconnus correspond aux TP d'AP Chemistry sur l'acidité d'une boisson et sur le dosage de l'eau oxygénée par titrage d'oxydoréduction. Il correspond aussi au TP obligatoire de titrage d'AQA GCSE, qui se termine par un calcul de concentration. Chaque échantillon cache une nouvelle concentration tirée au hasard : les élèves ne peuvent donc pas copier la réponse du voisin. Ils diluent l'échantillon, font un titrage rapide puis des titrages précis jusqu'à ce que deux volumes concordent. Ils calculent ensuite la concentration et appuient sur Vérifier. La simulation affiche leur écart en pourcentage et une correction détaillée.

Liens avec les programmes

• AP Chemistry Unit 4 : topic 4.6 Introduction to Titration (SPQ-4.B) et topic 4.9 Oxidation–Reduction Reactions. Également les TP d'AP Chemistry sur l'acidité d'une boisson et sur le pourcentage d'eau oxygénée par titrage au permanganate.
• AQA GCSE Chemistry 4.4.2.5 (titrations) et son TP obligatoire de titrage, y compris le calcul d'une concentration inconnue.

Simulic n'est pas affilié au College Board ni à AQA, et n'est pas approuvé par eux.

Avant le TP (5 min)

Demandez aux élèves de s'engager sur une prédiction :

« Vous placez 25,00 cm³ de vinaigre non dilué (environ 0,8 mol/dm³ d'acide éthanoïque) dans un erlenmeyer et vous le titrez avec du NaOH à 0,100 mol/dm³ contenu dans une burette de 50 cm³. Que va-t-il se passer ? »

Beaucoup d'élèves s'attendent à un volume versé normal, d'environ 20 cm³. Laissez la question ouverte jusqu'à ce qu'ils essaient.

Protocole dans la simulation

1. Réglez Échantillon sur Vinaigre et Dilution sur Non dilué. Remplissez la burette, prélevez un échantillon et ouvrez le robinet en grand. Regardez la burette descendre jusqu'à 50 cm³ sans changement de couleur. Cela teste la prédiction.
2. Réglez Dilution sur Recommandée (×10 : 25,00 cm³ complétés à 250,0 cm³).
3. Lisez la lecture initiale de la burette dans la vue agrandie, à 0,05 cm³ près. Appuyez sur Ouvrir en grand pour un titrage rapide, fermez le robinet à la première teinte rose, lisez la lecture finale et appuyez sur Noter.
4. Appuyez sur Prélever. Ouvrez le robinet jusqu'à environ 1 cm³ avant le volume du titrage rapide, puis appuyez sur +1 goutte jusqu'à ce que tout l'erlenmeyer reste rose pâle. Notez. Recommencez jusqu'à ce que deux titrages précis concordent à 0,10 cm³ près.
5. Calculez la teneur en acide éthanoïque du vinaigre d'origine en g/dm³, puis appuyez sur Vérifier.
6. Recommencez avec H₂O₂ de pharmacie (×25, titré par KMnO₄ à 0,0200 mol/dm³, sans indicateur) et Jus de fruit (×2, acide citrique).

Avec des élèves plus jeunes, cochez Lire la burette pour moi.

Essai	Lecture finale (cm³)	Lecture initiale (cm³)	Volume versé (cm³)	Concordant ?
Rapide
1
2
3

Résultats attendus

Le vinaigre non dilué demande 167–248 cm³ de NaOH : la burette se vide donc toujours avant. Sur 40 nouveaux échantillons de chaque type, la simulation a donné :

Échantillon	Dilution	Solution titrante	Volume équivalent (cm³)	Valeur cachée
Vinaigre	×10	NaOH 0,100 M	16,7–24,9	40–60 g/dm³ de CH₃COOH
Jus de fruit	×2	NaOH 0,100 M	11,7–27,3	6–14 g/dm³ d'acide citrique
H₂O₂ de pharmacie	×25	KMnO₄ 0,0200 M	14,1–19,0	2,40–3,30 %

Un exemple d'essai sur le vinaigre : titrage rapide 18,25 cm³, puis 18,20 et 18,30 cm³ (concordants), moyenne 18,25 cm³.

• n(NaOH) = 0,100 × 0,01825 = 1,825 × 10⁻³ mol = n(CH₃COOH).
• c dans l'erlenmeyer = 1,825 × 10⁻³ ÷ 0,02500 = 0,0730 mol/dm³. Échantillon d'origine = × 10 = 0,730 mol/dm³.
• 0,730 × 60,05 = 43,8 g/dm³. La valeur réelle de la simulation était de 43,6 g/dm³, soit un écart de +0,5 %.

Un essai sur H₂O₂ a donné 15,65 et 15,55 cm³ (moyenne 15,60 cm³), ce qui donne 2,65 %, conforme à la valeur réelle. Le flacon indique 3 %, mais les valeurs cachées vont de 2,4 à 3,3 %, car l'eau oxygénée se décompose une fois le flacon ouvert.

Questions pour les élèves

1. (Prédiction, reposée après le TP) Que se passe-t-il quand on titre du vinaigre non dilué avec une burette de 50 cm³ ?
2. Laquelle de ces variables est une variable contrôlée dans le titrage du vinaigre ?
3. Quelle est la teneur en acide éthanoïque de votre échantillon de vinaigre, en g/dm³ ?
4. À partir de données de titrage fournies, quel est le pourcentage de H₂O₂ dans le flacon ?
5. Que devient le résultat si l'on considère que l'acide citrique réagit mole à mole (1 : 1) avec NaOH, et pourquoi ?

Réponses pour l'enseignant : (1) La burette se vide avant l'équivalence, car il faudrait environ 200 cm³. (2) Le volume de vinaigre dilué prélevé à la pipette, 25,00 cm³. (3) Tous les échantillons sont entre 40 et 60 g/dm³ : les réponses de 38,5 à 62 sont donc acceptées. Le bouton Vérifier de la simulation donne l'écart propre à chaque élève. (4) 2,92 % (accepter 2,89–2,95). (5) Le résultat est trois fois trop grand : l'acide citrique est un triacide, donc n(acide) = n(NaOH) ÷ 3.

Idées fausses fréquentes

• « Les acides faibles demandent moins de base. » L'acide éthanoïque réagit tout de même mole à mole (1 : 1) avec NaOH. La force de l'acide change la courbe de pH, pas les quantités de matière.
• « Oublier le facteur de dilution est une petite erreur. » Le résultat devient 10 fois (vinaigre) ou 25 fois (H₂O₂) trop petit.
• « KMnO₄ a besoin d'un indicateur. » Le permanganate est violet et Mn²⁺ presque incolore : la première teinte rose pâle persistante marque l'équivalence. Lisez le KMnO₄ foncé au haut du ménisque.

Prolongement

• Choisir la dilution : réglez le vinaigre sur ×2 ou ×25 et comparez les volumes versés. Quelle dilution garde le volume entre 10 et 25 cm³, et pourquoi un volume inférieur à 10 cm³ augmente-t-il l'erreur en pourcentage ?
• Rapport d'oxydoréduction : demandez aux élèves d'établir n(H₂O₂) = 5/2 × n(MnO₄⁻) à partir des demi-équations avant de titrer.

Questions fréquentes

Tous les élèves obtiennent-ils la même réponse ?

Non. Chaque Nouvel échantillon cache une nouvelle valeur tirée au hasard : la question 3 accepte donc toute la plage de 40 à 60 g/dm³. La question 4 utilise des nombres fixes pour une réponse unique corrigée automatiquement.

Quelle est la précision du matériel simulé ?

La burette se lit à 0,05 cm³ près, une goutte fait environ 0,05 cm³ et la pipette varie d'environ ±0,03 cm³. Avec des fins de titrage soigneuses à la goutte près, les élèves arrivent en général à ±1 % de la valeur réelle.

Pourquoi le virage du jus arrive-t-il un peu tôt ?

La troisième acidité de l'acide citrique est faible : la phénolphtaléine rosit donc environ 0,5 % avant l'équivalence. La note sur le modèle, dans la simulation, l'explique.

Simulations et guides associés

Titrage acido-basique et courbe de titrage Acides, bases et indicateurs – titrage goutte à goutte

Pour les courbes de pH et le choix de l'indicateur avec un acide connu, voir le TP virtuel de titrage acido-basique. Pour les bases du pH, voir le plan de leçon sur l'échelle de pH.