1. Principe du dosage acido-basique

Un dosage (ou titrage) acido-basique est une technique expérimentale qui permet de déterminer la concentration inconnue d'une espèce acide ou basique, appelée solution titrée (volume $V$ connu, prélevé à la pipette jaugée), en la faisant réagir avec une solution titrante de concentration connue, versée progressivement à l'aide d'une burette graduée. La réaction support du dosage doit être totale, rapide et unique (sans réaction parasite). Le suivi pH-métrique consiste à mesurer le pH du mélange après chaque ajout de solution titrante, à l'aide d'un pH-mètre préalablement étalonné, afin de tracer la courbe $pH=f(V)$, où $V$ est le volume de solution titrante versé.

2. Montage du dosage pH-métrique

Le montage comprend : un bécher contenant la solution à doser, un agitateur magnétique, une burette graduée remplie de la solution titrante, et une sonde pH-métrique reliée à un pH-mètre, parfois interfacé à un ordinateur pour l'acquisition des couples $(V,pH)$. Avant toute mesure, le pH-mètre est étalonné à l'aide de solutions tampons de pH connu (par exemple pH = 4 et pH = 7).

3. Allure de la courbe pH = f(V)

La courbe $pH=f(V)$ présente une allure caractéristique en forme de « S » : le pH varie d'abord lentement, puis subit une variation brutale appelée saut de pH au voisinage de l'équivalence, avant de varier de nouveau lentement pour un excès de solution titrante. Cette variation brutale traduit le changement de réactif limitant au passage de l'équivalence.

4. Point d'équivalence : méthode des tangentes

Le point d'équivalence $E(V_E,p{H}_E)$ correspond à l'instant où les réactifs ont été mélangés dans les proportions stœchiométriques de la réaction : les quantités de matière ont totalement réagi, sans excès. Le volume $V_E$ est le volume équivalent. La méthode des tangentes permet de le déterminer graphiquement : on trace deux tangentes parallèles à la courbe, avant et après le saut de pH, puis la droite perpendiculaire équidistante des deux ; son intersection avec la courbe donne $E$.

5. Dosage d'un acide fort par une base forte

Pour un acide fort $(H_3{O}^{+}+C{l}^{-})$ dosé par une base forte $(N{a}^{+}+H{O}^{-})$, la réaction support du dosage est :

$$H_3{O}^{+}(aq)+H{O}^{-}(aq)\to 2H_{2}O(l)$$

La courbe est quasi symétrique par rapport au point d'équivalence et le saut de pH est important. À l'équivalence, la solution ne contient que des ions spectateurs (par exemple $N{a}^{+}$ et $C{l}^{-}$) et de l'eau : le pH à l'équivalence vaut $p{H}_E=7$ à 25 °C (solution neutre).

6. Dosage d'un acide faible par une base forte

Pour un acide faible $AH$ (couple $AH/A^{-}$) dosé par une base forte, la réaction support est :

$$AH(aq)+H{O}^{-}(aq)\to A^{-}(aq)+H_{2}O(l)$$

Avant l'équivalence, le mélange $AH/A^{-}$ forme une solution tampon : le pH varie peu, formant un palier sur la courbe. À la demi-équivalence ($V=V_E/2$), $[AH]=[A^{-}]$, donc $pH=pKa$ : ce point remarquable donne le $pKa$ du couple. À l'équivalence, seule subsiste la base conjuguée $A^{-}$, qui réagit partiellement avec l'eau selon $A^{-}(aq)+H_{2}O(l)\leftrightarrows AH(aq)+H{O}^{-}(aq)$ : le pH est donc supérieur à 7. Par symétrie, le dosage d'une base faible par un acide fort donne un pH à l'équivalence inférieur à 7.

7. Choix de l'indicateur coloré adapté

Un indicateur coloré acido-basique est un couple acide/base dont les deux formes ont des teintes différentes ; il change de couleur dans sa zone de virage, encadrant son $pKi$ : $pKi-1<pH<pKi+1$. Pour repérer l'équivalence sans pH-mètre, on choisit un indicateur dont la zone de virage contient $p{H}_E$ et se situe dans le saut de pH. Le bleu de bromothymol (zone 6,0–7,6) convient à un dosage fort/fort ($p{H}_E=7$), la phénolphtaléine (zone 8,2–10,0) à un dosage acide faible/base forte, au $p{H}_E$ basique.

8. Relation à l'équivalence et calcul de concentration

À l'équivalence, les réactifs sont dans les proportions stœchiométriques de l'équation de la réaction. Dans le cas usuel d'un dosage 1:1, la conservation de la matière donne $n(\text{titreˊ})=n(\text{titrant verseˊ})$, soit :

$$C_A\times V_A=C_B\times V_E$$

où $C_A$, $V_A$ sont la concentration et le volume de la solution à doser, $C_B$ la concentration de la solution titrante et $V_E$ le volume équivalent lu graphiquement. Cette relation calcule la concentration inconnue dès que $V_E$ est déterminé par la méthode des tangentes.