Titrage redox : doser un réducteur par le permanganate
L'art de mesurer la quantité d'une substance par sa réaction colorée avec une autre
§1.Qu'est-ce qu'un titrage ?
Un titrage (ou « dosage volumétrique ») permet de mesurer la concentration d'une substance inconnue en la faisant réagir avec une substance de concentration connue. Le mot clé est « réagir » : il faut que les deux substances aient une réaction chimique totale, rapide et identifiable.
Dans le cas du permanganate, on utilise sa propriété chromatique exceptionnelle : MnO₄⁻ est violet intense en solution, alors que Mn²⁺ (sa forme réduite) est quasi-incolore. La disparition de la couleur SIGNALE la fin de la réaction — pas besoin d'indicateur supplémentaire. C'est un cas rare où le réactif EST son propre indicateur.
§2.Demi-équations rédox
L'ion permanganate, en milieu acide, capte cinq électrons pour donner l'ion manganèse(II) et de l'eau.
Variables
- Permanganate (Mn au degré +VII)— violet
- Manganèse(II), forme réduite— quasi-incolore
- Proton (apporté par l'acide sulfurique du milieu)
- Électron capté par le permanganate5 par MnO₄⁻
- —Le permanganate est un OXYDANT puissant : il capte des électrons, donc il oxyde les autres.
- —L'acide sulfurique fournit les H⁺ nécessaires — la réaction NE marche PAS en milieu neutre ou basique.
§3.Demi-équation du réducteur (acide oxalique)
L'acide oxalique cède deux électrons pour donner du dioxyde de carbone et des protons.
Variables
- Acide oxalique (réducteur)— incolore
- Dioxyde de carbone (s'échappe sous forme de gaz)
- —L'acide oxalique est un RÉDUCTEUR : il cède des électrons (2 par molécule).
- —Le CO₂ libéré peut donner quelques bulles en fin de réaction — c'est normal.
§4.Équation bilan globale
Pour équilibrer le transfert d'électrons, il faut 2 permanganates (qui captent 2×5=10 e⁻) et 5 oxalates (qui cèdent 5×2=10 e⁻).
- —Rapport stœchiométrique clé : 2 mol MnO₄⁻ pour 5 mol H₂C₂O₄.
- —Ce rapport 2/5 est ce qui permet le calcul de la concentration inconnue.
§5.Les concepts clés du titrage
- Stœchiométrie
- Les coefficients de l'équation bilan disent COMBIEN de molécules de chaque type sont consommées. À l'équivalence, ils sont respectés à l'échelle des moles.
- Exemple. Si on a versé n(MnO₄⁻) = 2 mmol, c'est qu'il y avait n(H₂C₂O₄) = (5/2) × 2 = 5 mmol dans le bécher initial.
- Point équivalent
- Moment précis où la quantité de réactif versé compense EXACTEMENT la quantité de réactif à doser, selon les coefficients de l'équation.
- Exemple. Avant : H₂C₂O₄ en excès → MnO₄⁻ est immédiatement réduit → solution incolore. Après : MnO₄⁻ en excès → la couleur violette persiste.
- Indicateur de fin de titrage
- Substance qui change de couleur au point équivalent. Ici, c'est le permanganate LUI-MÊME — pas besoin d'indicateur externe (BBT, phénolphtaléine, etc.).
- Exemple. Cas exceptionnel : pour HCl + NaOH, on doit ajouter du BBT car les deux solutions sont incolores avant et après.
- Agitation magnétique
- Pour que la couleur soit homogène et que la réaction soit rapide, il faut brasser la solution en continu. Sans agitation, il y aurait des zones violettes locales — on raterait le point équivalent.
- Exemple. Le barreau aimanté tourne via le champ tournant de la base. Sans agitation : tu verses, ça reste violet en surface, tu crois être loin de l'équivalence alors qu'au fond ça a déjà réagi.
§6.Comment exploiter le titrage pour calculer une concentration
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1. Noter le volume au point équivalent
On lit V_éq sur la burette à l'instant précis où la couleur persiste légèrement (1 goutte en trop ne fait plus disparaître la teinte rose). C'est l'observation expérimentale clé.
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2. Calculer la quantité de réactif titrant versée
n(MnO₄⁻) = C(MnO₄⁻) × V_éq. Si on a versé 20 mL d'une solution à 0.02 mol/L : n = 0.02 × 0.020 = 4×10⁻⁴ mol.
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3. Appliquer la stœchiométrie
Selon l'équation bilan, 2 MnO₄⁻ réagissent avec 5 H₂C₂O₄. Donc n(H₂C₂O₄) = (5/2) × n(MnO₄⁻) = (5/2) × 4×10⁻⁴ = 1×10⁻³ mol.
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4. Diviser par le volume initial
Si le bécher contenait 10 mL d'acide oxalique : C(H₂C₂O₄) = n / V = 1×10⁻³ / 0.010 = 0.1 mol/L. On a dosé la solution !
§8.Différents types de titrages
| Type | Réactif titrant courant | Indicateur | Exemple |
|---|---|---|---|
| Acido-basique | Solution acide ou basique | BBT, phénolphtaléine | HCl + NaOH |
| Redox | Oxydant (KMnO₄) ou réducteur | Self (KMnO₄) ou Ferroïne | Notre titrage |
| Précipitation | Solution qui forme un précipité | K₂CrO₄ (jaune → rouge) | AgNO₃ + NaCl (méthode Mohr) |
| Complexométrique | EDTA | Noir d'ériochrome | Dosage du calcium dans l'eau |
Le titrage redox à KMnO₄ est l'un des plus visuels — d'où son succès en TP de Tle.
À retenir
- Un titrage permet de doser une substance INCONNUE par une substance KNUE (le titrant).
- Le point équivalent est le moment de la stœchiométrie parfaite — pas forcément pH=7.
- Le permanganate est son propre indicateur : violet → incolore quand il est consommé.
- Rapport stœchiométrique clé ici : 2 mol MnO₄⁻ pour 5 mol H₂C₂O₄.
- Toujours travailler en milieu acide (H₂SO₄) pour fournir les H⁺ nécessaires à la réduction de MnO₄⁻.
- Agitation magnétique obligatoire pour homogénéiser la couleur et éviter de rater le point équivalent.