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🧫 Titrage de l'eau oxygénée par les ions permanganate

Un titrant qui se colore lui-même : comment repérer une équivalence sans aucun indicateur coloré ajouté — et pourquoi c'est un cas particulièrement élégant en chimie analytique.

⏱️ 80 – 100 min 🎓 Première — Enseignement de spécialité 📐 6 parties 🧪 Titrage auto-indicateur
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Partie 1 / 6
📋 Objectifs officiels (Bulletin Officiel — programme de Première)
🎯 Fil rouge de ce TP : l'ion permanganate MnO₄⁻ est violet ; l'ion manganèse Mn²⁺ (produit de la réaction) est quasiment incolore. Tant que H₂O₂ est en excès, tout le MnO₄⁻ versé est immédiatement consommé : la solution reste incolore. Dès que H₂O₂ est épuisé, le moindre excès de MnO₄⁻ colore durablement la solution en rose-violet. Le réactif titrant est son propre indicateur — on parle de titrage auto-indicateur.
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Mise en situation et équation support
≈ 10 min

On souhaite déterminer la concentration en eau oxygénée C(H₂O₂) d'une solution commerciale diluée. On prélève V₂ = 10,0 mL de cette solution, qu'on acidifie, et on titre par une solution de permanganate de potassium de concentration connue C₁ = 2,0×10⁻² mol/L, versée à la burette.

2 MnO₄⁻ + 5 H₂O₂ + 6 H⁺ → 2 Mn²⁺ + 5 O₂ + 8 H₂O
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Relation à l'équivalence
À partir des nombres stœchiométriques de l'équation ci-dessus, établis la relation entre n(MnO₄⁻)versé et n(H₂O₂)initial à l'équivalence, puis exprime C(H₂O₂) en fonction de C₁, V₁ (volume versé à l'équivalence) et V₂.
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D'après les coefficients stœchiométriques (2 MnO₄⁻ pour 5 H₂O₂), à l'équivalence : n(MnO₄⁻)/2 = n(H₂O₂)/5.
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Avec n(MnO₄⁻) = C₁V₁ et n(H₂O₂) = C₂V₂ : C₁V₁/2 = C₂V₂/5, soit C₂ = 5·C₁·V₁ / (2·V₂).
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Manipulation — Repérer l'équivalence
≈ 25 min · simulateur

Verse progressivement la solution de permanganate dans l'erlenmeyer. Repère le volume V₁ pour lequel la coloration rose-violette apparaît et persiste durablement (au moins 15-20 secondes, en réalité — ici, dès qu'elle apparaît sur le simulateur).

💡 Méthode conseillée : verse d'abord par mL entiers pour repérer approximativement la zone de virage, puis affine mL par mL, puis au dixième de mL pour une lecture précise, exactement comme tu le ferais avec une vraie burette graduée au 1/10e de mL.

📋 Une fois ta lecture validée, note ton volume à l'équivalence :

Volume versé repéré comme équivalence V₁ (mL)
—
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Exploitation — Calculer la concentration
≈ 15 min
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Vérification d'ordre de grandeur
Les eaux oxygénées vendues en pharmacie sont couramment "à 10 volumes" (≈ 0,88 mol/L) ou "à 3%" en masse (≈ 0,88 mol/L également pour une solution diluée courante). Ta valeur trouvée te semble-t-elle raisonnable pour une eau oxygénée diluée pour un usage de TP (généralement 10 à 20 fois plus diluée qu'une solution commerciale) ?
✓
Si ta lecture de V₁ est proche de 20,0 mL, tu dois trouver C(H₂O₂) ≈ 0,10 mol/L. C'est cohérent avec une eau oxygénée de pharmacie diluée d'un facteur ~9 (0,88/0,10 ≈ 8,8), un ordre de grandeur tout à fait plausible pour une préparation de TP à partir d'une solution commerciale.
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Regard critique — Un titrage sans indicateur ajouté : avantage ou piège ?
≈ 15 min
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Avantage du titrage auto-indicateur
Dans un titrage classique (par exemple acide/base), il faut choisir avec soin un indicateur coloré dont la zone de virage encadre le pH à l'équivalence — un mauvais choix fausse la mesure. Explique en quoi le titrage par MnO₄⁻ évite ce problème.
✓
Comme MnO₄⁻ est lui-même violet et Mn²⁺ quasi incolore, il n'y a aucun risque de mauvais choix d'indicateur : le virage de couleur correspond exactement, sans décalage possible, au moment où MnO₄⁻ passe de "totalement consommé" à "en excès" — c'est-à-dire exactement l'équivalence. Il n'y a donc pas d'erreur systématique liée à une zone de virage mal placée, contrairement à un indicateur coloré externe qui vire sur un intervalle de pH qui peut ne pas coïncider parfaitement avec le pH réel de l'équivalence.
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Source d'erreur restante
Même sans problème de choix d'indicateur, une source d'imprécision subsiste dans ce protocole : laquelle ? (indice : pense à ce que tu as réellement dû faire pour repérer V₁ dans la Partie 2).
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La persistance de la couleur reste un jugement humain : une goutte de trop, et on dépasse déjà légèrement l'équivalence avant même de percevoir la couleur (l'œil ne détecte une teinte que lorsque la concentration en excès dépasse un certain seuil de perception). Cette incertitude "à l'œil" est en général de l'ordre d'une demi-goutte à une goutte, ce qui limite la précision de toute méthode colorimétrique, auto-indicateur ou non. Une méthode instrumentale (suivi spectrophotométrique, qui détecte la couleur avant l'œil humain) serait plus précise.
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Mini-projet — Contrôle qualité en industrie cosmétique (type bac)
≈ 15 min · rédaction

📄 Contexte. Un laboratoire de contrôle qualité doit vérifier que des lots d'eau oxygénée destinée à la décoloration capillaire respectent bien l'étiquetage "eau oxygénée à 20 volumes" (concentration attendue proche de 1,76 mol/L). Un technicien réalise 3 titrages indépendants sur le même lot (dilué au préalable d'un facteur 20 pour rester dans une gamme mesurable) et obtient : V₁ = 17,8 mL ; 18,1 mL ; 17,9 mL (pour C₁ = 2,0×10⁻² mol/L, V₂ = 10,0 mL, dilution ×20 déjà prise en compte dans le calcul final).

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Question de synthèse (rédaction complète attendue)
a. Calcule la concentration moyenne en eau oxygénée du lot (après dilution ×20, donc multiplie ton résultat de titrage par 20).
b. Le lot respecte-t-il l'étiquetage (tolérance acceptée : ±5% autour de 1,76 mol/L) ?
c. Pourquoi le technicien réalise-t-il 3 titrages plutôt qu'un seul, alors que chacun prend du temps et coûte des réactifs ?
a
V₁ moyen = (17,8+18,1+17,9)/3 = 17,93 mL. C(diluée) = 5×2,0×10⁻²×17,93/(2×10,0) = 8,97×10⁻² mol/L. Après dilution ×20 : C(lot) = 8,97×10⁻²×20 ≈ 1,79 mol/L.
b
Écart à la valeur attendue : |1,79−1,76|/1,76 ≈ 1,7%, largement dans la tolérance de ±5%. Le lot respecte l'étiquetage.
c
Un seul titrage ne permet pas de distinguer une valeur "juste par chance" d'une valeur fiable : en répétant la mesure, le technicien peut calculer une moyenne (plus représentative qu'une valeur isolée) et une dispersion (écart-type) qui quantifie la fiabilité de son résultat. C'est la même logique de fiabilisation par répétition qu'on retrouve dans toute mesure scientifique rigoureuse — voir le TP sur les incertitudes de mesure pour aller plus loin.
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Auto-évaluation — Grille de compétences
≈ 5 min
CompétenceABCD
Établir la relation à l'équivalence à partir d'une équation chimique
Repérer une équivalence par changement de couleur
Calculer une concentration inconnue à partir d'un titrage
Discuter les avantages/limites d'un titrage auto-indicateur
Clique sur les pastilles A/B/C/D pour chaque compétence.
🚀 Pour aller plus loin : recherche pourquoi on acidifie systématiquement le milieu avant un titrage par les ions permanganate (indice : le comportement de MnO₄⁻ change selon le pH — en milieu neutre ou basique, il ne donne pas Mn²⁺ mais un autre produit de réduction).
TP terminé — bravo !

Retourne au cours pour revoir la notion de réactif limitant et de mélange stœchiométrique.

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