TP Chimie N° 07

Réactions

acido-basiques.

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 Objectifs :

-  Mettre en évidence une réaction acido-basique.

-  Introduire la notion de couple acide / base.

 

I - Passage de l'acide à la base dans le cas d'un indicateur coloré.
1)- Réalisation des tyransformations chimiques.
2)- Notion d'acide et de base selon Bronsted.
II - Réaction entre l'acide chlorhydrique et le benzoate de sodium.
1)- Expérience.
2)- Compte-rendu.

3)- Coupes acide-base.

4)- Réaction entre l’acide chlorhydrique et le B.B.T.

5)- Réaction entre une solution aqueuse d’hydroxyde de sodium (soude) et le B.B.T
III - Réaction entre l'acide benzoïque et la soude.
1)- Expérience.
2)- Compte-rendu.
IV - Réaction mettant en jeu les ions hydrogénocarbonate et les ons carbonate.
1)- Le dioxyde de carbone en solution aqueuse.
2)- Hydrogénocarbonate de sodium et carbonate de sodium.

I- Passage réciproque de l’acide à la base dans le cas des indicateurs colorés.

1)- Réalisation des transformations chimiques.

-    Le bleu de bromothymol (B.B.T) est un colorant organique qui peut se présenter, en solution aqueuse sous deux formes de couleurs différentes.

-    Lorsque la solution est jaune, le B.B.T est sous sa forme acide notée H In (aq).

-    Lorsque la solution est bleue, le B.B.T est sous sa forme basique notée In (aq).

a)- Expérience 1 :

Mode opératoire :

-    Dans un tube à essais, introduire quelques mL de solution de B.B.T de forme basique bleue.

-    On donne à la solution la formule suivante : Na + (aq). + In (aq).

-    Ajouter une solution d’acide éthanoïque de formule CH3COOH (aq) à l’aide d’un compte-gouttes.

-    Observer l’évolution de la couleur de la solution obtenue au cours de l’ajout.

Faire des schémas légendés des différentes situations.

-  Au fur et à mesure que l’on ajoute la solution d’acide éthanoïque (incolore),

Le mélange réactionnel change de couleur. 

-  Lorsque la solution est jaune, le B.B.T est sous sa forme acide notée H In (aq).

-  Au cours de la réaction, il se forme la molécule H In (aq).

 

-    Quelle espèce chimique formée au cours de la transformation chimique peut-on identifier ?

-    Recopier et compléter l’équation chimique suivante :

In (aq)     +     CH3COOH (aq)          ……..…….   +   ……….….       

   Réponses :

On ajoute de l’acide acétique, la solution passe du bleu au vert,

puis au jaune (forme acide du B.B.T).

-  En conséquence, au cours de la réaction,

il se forme l’espèce chimique H In (aq).

-  L’ion Na + (aq) est spectateur, il ne participe pas à la réaction,

il assure la neutralité électrique de la solution. 

-  Équation de la réaction :

In (aq)     +     CH3COOH (aq)         H In  (aq)     +     CH3COO (aq)     

   

b)-  Expérience 2 :

Dans un tube à essais, introduire quelques mL de solution de B.B.T de forme acide jaune.

-    Ajouter une solution d’ammoniac de formule NH3 (aq) à l’aide d’un compte-gouttes.

-    Observer l’évolution de la couleur de la solution obtenue au cours de l’ajout.

Faire des schémas légendés des différentes situations.

-  Au fur et à mesure que l’on ajoute la solution d’ammoniac (incolore),

le mélange réactionnel change de couleur.

-  Lorsque la solution est bleue,

le B.B.T est sous sa forme basique notée In (aq).

-  Au cours de la réaction, il se forme l’ion In (aq).

 

-    Quelle espèce chimique formée au cours de la transformation chimique peut-on identifier ?

-    Recopier et compléter l’équation chimique suivante :

H In  (aq)     +     NH3 (aq)        ……..…….   +   ……….….       

  Réponses : on ajoute de la solution d’ammoniac,

la solution passe du jaune au vert,

puis au bleu (forme basique du B.B.T).

-  En conséquence, au cours de la réaction,

il se forme l’espèce chimique In (aq).

-  Équation de la réaction :

H In  (aq)     +     NH3 (aq)          In (aq)       +   NH4 + (aq)

2)- Notion d’acide et de base selon Bronsted.

a)- Interprétation de l’expérience 1 :

-    Au cours de la transformation chimique qui a lieu lors de l’expérience 1 (reproduire le tableau et cocher les bonnes cases) :

L’ion In

La molécule CH3COOH

a gagné

□ un atome d’hydrogène

a gagné

□ un atome d’hydrogène

□ un proton H +

□ un proton H +

□ a perdu

□ a perdu

□ un anion H

□ un anion H

 

L’ion In

La molécule CH3COOH

x a gagné

□ un atome d’hydrogène

a gagné

□ un atome d’hydrogène

x un proton H +

x un proton H +

□ a perdu

x a perdu

□ un anion H

□ un anion H

 

b)- Conclusions et définitions :

-  La molécule CH3COOH a perdu un proton H +

pour donner l’espèce chimique CH3COO   (ion acétate ou éthanoate) :

-  La molécule CH3COOH est un acide au sens de Bronsted.

-  L’ion In a gagné un proton H + pour donner l’espèce chimique H In :

L’ion In est une base selon Bronsted.

-  Définitions :

-  Un acide est une espèce chimique capable de céder au moins un proton H+.

-  Une base est une espèce chimique capable de capter au moins un proton H+.

-  Pour le B.B.T, on peut donner l’écriture formelle suivante :

In      +     H+         HIn     

-  Cette écriture est une schématisation,

elle ne traduit pas effectivement ce qui se passe en solution.

Le proton H+ n’existe pas en solution aqueuse, il est solvaté.

-  De même pour l’acide éthanoïque on peut donner une écriture formelle :

CH3COOH           H+        +     CH3COO

-  La réaction entre l’ion In et la molécule CH3COOH s’interprète

comme un transfert de proton entre la molécule CH3COOH et l’ion In  :

c’est une réaction acido-basique.

-  Définition :

Une réaction qui met en jeu un transfert de protons H+ entre ses réactifs

est une réaction acido-basique.  

 

3)- Couple acide / base :

a)- Interprétation de l’expérience 2 :

-    Au cours de la transformation chimique qui a lieu lors de l’expérience 2 (reproduire le tableau et cocher les bonnes cases) :

La molécule H In

La molécule NH3

a gagné

□ un atome d’hydrogène

a gagné

□ un atome d’hydrogène

□ un proton H +

□ un proton H +

□ a perdu

□ a perdu

□ un anion H

□ un anion H

 

La molecule H In

La molécule NH3

a gagné

□ un atome d’hydrogène

x a gagné

□ un atome d’hydrogène

x un proton H +

x un proton H +

x a perdu

□ a perdu

□ un anion H

□ un anion H

 

b)- Conclusions. Donner les écritures formelles pour chaque cas :

-    Écrire les autres couples acide / base qui interviennent, ainsi que les demi-équations correspondantes.

-  La molécule H In a perdu un proton H + pour donner

l’espèce chimique In   (ion acétate ou éthanoate) :

-  La molécule H In est un acide au sens de Bronsted.

HIn       In    +     H+          

-  La molécule NH3 a gagné un proton H+ pour donner

l’espèce chimique NH4+:

La molécule NH3est une base selon Bronsted.

NH3        +     H+          NH4 +        

-  Selon les conditions expérimentales,

il est possible de passer de l’acide H In

à la base In ou de réaliser la transformation inverse.

-  Les deux espèces H In et In sont dites espèces acide et base conjuguées.

Elles forment un couple acide base que l’on note : H In / In .

-  Au couple acide / base H In / In ,

on associe la demi-équation acido-basique suivante :

HIn   =    In    +     H+          

-  Le signe égal traduit la possibilité de passer d’une forme à l’autre

selon les conditions expérimentales.

 

-    Couple : CH3COOH / CH3COO

CH3COOH      =     H+        +     CH3COO

-    Couple : NH4+ / NH3

NH4+      =     H+        +     NH3

4)- Réaction entre l’acide chlorhydrique et le B.B.T.

a)- Expérience :

Dans un tube à essais, introduire quelques mL de solution de B.B.T de forme basique bleue.

-    On donne à la solution la formule suivante : Na + (aq). + In (aq).

-    Ajouter quelques gouttes d’acide chlorhydrique (H3O+ (aq). + Cl (aq).) .

-    Observer l’évolution de la couleur de la solution obtenue au cours de l’ajout.

b)- Compte-rendu.

Faire des schémas légendés des différentes situations.

-  Au fur et à mesure que l’on ajoute la solution d’acide chlorhydrique (incolore),

le mélange réactionnel change de couleur.

-  Lorsque la solution est jaune, le B.B.T est sous sa forme acide notée H In (aq).

-  Au cours de la réaction, il se forme la molécule H In (aq).

 

-    Quelle espèce chimique formée au cours de la transformation chimique peut-on identifier ?

-    D’où provient cette espèce chimique ?

-    Écrire l’équation de la réaction qui se produit. Donner les couples acide / base qui interviennent. 

-    Donner les écritures formelles. Qualifier cette réaction.

   Réponses :

On ajoute de l’acide chlorhydrique, la solution passe du bleu au vert,

puis au jaune (forme acide du B.B.T).

-  En conséquence, au cours de la réaction,

il se forme l’espèce chimique H In (aq).

-  L’ion Na + (aq) est spectateur, il ne participe pas à la réaction,

il assure la neutralité électrique de la solution comme l’ion chlorure Cl (aq.

-  D’après la formulation de l’acide chlorhydrique,

le proton H+ ne peut provenir que de l’ion oxonium H3O+.

En perdant un proton, il donne de l’eau H2O.     

-  Équation de la réaction :

In (aq)     +     H3O+ (aq)          HIn  (aq)     +     H2O

-  Il y a un transfert de proton : c’est une réaction acido-basique.

-  Les couples : HIn  /  In  et H3O+ / H2O

-  Schéma formel :

In     +     H+     =    HIn

H3O+     =    H+     +     H2O

-  Une réaction acido-basique est bien un transfert de proton

entre un acide d’un couple et la base d’un autre couple.

5)- Réaction entre une solution aqueuse d’hydroxyde de sodium (soude) et le B.B.T.

a)- Expérience :

Dans un tube à essais, introduire quelques mL de solution de B.B.T de forme acide jaune.

-    Ajouter quelques gouttes une solution de soude de formule (Na + (aq) + HO (aq)).

-    Observer l’évolution de la couleur de la solution obtenue au cours de l’ajout.

b)-  Compte-rendu.

Faire des schémas légendés des différentes situations.

-    Quelle espèce chimique formée au cours de la transformation chimique peut-on identifier ?

-    D’où provient cette espèce chimique ?

-    Écrire l’équation de la réaction qui se produit. Donner les couples acide / base qui interviennent. 

-    Donner les écritures formelles. Qualifier cette réaction.

  Réponses :

On ajoute de la soude, la solution passe du jaune au vert,

puis au bleu (forme basique du B.B.T).

-  En conséquence, au cours de la réaction,

il se forme l’espèce chimique In (aq).

-  L’ion Na + (aq) est spectateur, il ne participe pas à la réaction,

il assure la neutralité électrique de la solution.

-  Ce sont les ions hydroxyde HO qui captent un proton

pour donner des molécules d’eau H2O.     

-  Équation de la réaction :

HIn  (aq)     +     HO (aq)          In (aq)     +     H2O

-  Il y a un transfert de proton : c’est une réaction acido-basique.

-  Les couples : HIn  /  In  et H2O / HO

-  Schéma formel :

In     +     H+     =    HIn

H2O =    H+     +     HO

-  Une réaction acido-basique est bien un transfert de proton

entre un acide d’un couple et la base d’un autre couple.

II- Réaction entre l’acide chlorhydrique et le benzoate de sodium.

1)- Expérience :

Mode opératoire :

-    Dans un tube à essais, verser 2 mL de solution de benzoate de sodium de concentration C = 0,10 mol / L.

-    Ajouter petit à petit par 0,50 mL, à l’aide d’une pipette graduée munie de sa propipette, 2 mL d’acide chlorhydrique de concentration C = 1,0 mol / L.

2)- Compte-rendu :

Faire des schémas légendés.

 

-    Quelle espèce chimique formée au cours de la transformation chimique peut-on identifier sachant que l’acide benzoïque est peu soluble dans l’eau ?

-    écrire l’équation bilan de la réaction qui se produit.

-    On indique que les ions Na + (aq)  et Cl (aq. sont spectateurs et que le benzoate de sodium a la formule suivante en solution aqueuse :

-    (Na + (aq)  + C6H5COO (aq)).     

-    Donner les couples acide / base qui interviennent.  Donner les écritures formelles. Qualifier cette réaction.

  Réponses :

-  Équation de la réaction chimique :

H3O+ (aq)  +    C6H5COO (aq))        C6H5COOH (aq)   +   H2O

-  L’ion benzoate a capté un proton pour donner l’acide benzoïque.

L’ion benzoate est une base.

-   Couple acide / base : C6H5COOH / C6H5COO

-  Schéma formel : C6H5COOH    =    H+     +     C6H5COO

-  L’ion oxonium H3O+  a perdu un proton : c’est un acide.

-  Couple acide / base : H3O+/ H2O

-  Schéma formel : H3O+     =    H+     +     H2O

III- Réaction entre l’acide benzoïque et la soude.

1)- Expérience :

Mode opératoire :

-    Étape 1 : dans un tube à essais, déposer 2 cristaux d’acide benzoïque. Ajouter de l’eau distillée et agiter.

-    Étape 2 : ajouter goutte à goutte de la soude de concentration c = 1,0 mol / L. Agiter entre chaque ajout.

2)- Compte-rendu :

Qu’observe-t-on lors de l’étape 1 ? De l’étape 2 ? Conclure.

-    Quelle espèce chimique est formée au cours de la transformation chimique.

-    écrire l’équation bilan de la réaction qui se produit.

-    On indique que les ions Na + (aq) et Cl (aq) sont spectateurs.

-    Donner les couples acide / base qui interviennent.  Donner les écritures formelles. Qualifier cette réaction.

  Réponses :

-  Équation de la réaction chimique :

HO (aq)  +    C6H5COOH (aq))        C6H5COO (aq)    +   H2O

-  Lors de l’ajout de soude, l’acide benzoïque disparait

pour donner les ions benzoate soluble dans l’eau.

-  Il y a un transfert de proton de l’acide benzoïque

vers les ions hydroxyde HO .

-  L’acide benzoïque cède un proton :

c’est une espèce chimique acide.

-  L’ion hydroxyde capte un proton : c’est une base.

-   Couple acide / base : C6H5COOH / C6H5COO

-   Schéma formel : C6H5COOH    =    H+     +     C6H5COO

-  Couple acide / base : H2O / HO

-   Schéma formel : H2O =    H+     +     HO

IV- Réaction mettant en jeu les ions hydrogénocarbonate et carbonate.

1)- Le dioxyde de carbone en solution aqueuse.

Expérience :

-    Dans un tube à essais, verser 1 mL de B.B.T (bleu) et 2 mL d’eau distillée.

-    Faire buller du dioxyde de carbone en soufflant avec une paille.

Observations et interprétation.

-    Écrire l’équation bilan de la réaction sachant que l’on obtient des ions hydrogénocarbonate de formule : HCO3  

  Réponses :

-  La solution prend une teinte jaune.

Il se forme : H In.

In (aq)     +     (CO2, H2O)          HIn (aq)        +     HCO3  (aq)        

-  L’espèce (CO2, H2O) perd un proton, c’est un acide pour donner l’ion HCO3 .

-  C’est une réaction acido-basique.

-  Couples : (CO2, H2O) / HCO3  et HIn / In

2)- Hydrogénocarbonate de sodium et carbonate de sodium.

Mode opératoire :

-    Tube à essais A :

-    Verser 2 mL d’eau distillée et une pincée d’hydrogénocarbonate de sodium.

-    Agiter et ajouter 1 à 2 gouttes de phénolphtaléïne.

-    Tube à essais B :

-    Verser 2 mL de solution diluée de carbonate de sodium.

-    Ajouter 1 à 2 gouttes de phénolphtaléine.

Faire les schémas légendés. Indiquer les observations.

Expérience :

-    Prendre le tube A, adapter un tube à dégagement et chauffer le tube A.

-    Plonger le tube à dégagement dans le tube B.

-    Sortir le tube à dégagement du tube B avant d’arrêter le chauffage.

Faire les schémas légendés.

-    Indiquer les observations.

-    Interpréter le phénomène sachant que la phénolphtaléine est incolore en milieu acide et rose fuchsia en milieu basique.

-  En chauffant, il se dégage du dioxyde de carbone qui passe dans la solution B.

 L’espèce (CO2, H2O) réagit avec les ions carbonate CO3 2 –.

-  Tube B :

-  Équation de la réaction :

(CO2, H2O)     +   CO3 2 –  (aq)        HCO3  (aq)   +   HCO3  (aq)

-  On est en présence d’une réaction acido-basique.

-  L’espèce chimique (CO2, H2O) cède un proton :

c’est un acide. L’espèce HCO3  est sa base conjuguée.

-  L’espèce HCO3   est un ampholyte.

Il peut se comporter comme un acide dans un couple

et une base dans un autre couple.

-  Couples acide / base : (CO2, H2O) /  HCO3    et HCO3   /  CO3 2 –.

-  Tube A :

En chauffant, il se produit la réaction suivante qui donne

un dégagement de dioxyde de carbone :

HCO3  (aq)    +    HCO3  (aq)         (CO2, H2O)    +  CO3 2 –  (aq)

-  Couples mises en jeu : (CO2, H2O) / HCO3      et       HCO3  / CO3 2 –  

-  Schémas formels :

 HCO3  (aq)        =       H+         +     CO3 2 –  (aq)

HCO3  (aq)        +    H+          =      (CO2, H2O)