TP Chimie N° 06

Suivi pH-métrique

d'une réaction

acido-basique. 

Correction.

   

 
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Programme 2012 :

Programme 2012 : Physique et Chimie

I - Réaction entre l'acide chlorhydrique et la soude.

1)- Étude qualitative.

2)- Dispositif expérimental.

3)- Manipulation.

4)- Mesures.

5)- Étude des courbes obtenues.

6)- Étude de l'équivalence.

II - Réaction entre l'acide éthanoïque et la soude.

1)- Étude qualitative.

2)- Dispositif expérimental.

3)- Manipulation.

4)- Mesures.

5)- Étude des courbes obtenues.

6)- Étude de l'équivalence.

 

Matériel :

burette graduée 25 mL - pipette jaugée de 10 mL  - pH-mètre –

solutions tampons ( 7 et 4) - béchers et erlenmeyers - 

agitateur magnétique - eau distillée, solution d’acide chlorhydrique 0,10 mol / L,

soude 0,10 mol / L et acide éthanoïque 0,10 mol / L

 

But 

tracer et analyser les courbes de variation du pH lors de réactions acide-base.

I- Réaction entre l’acide chlorhydrique et la soude (rangée 1).

1)- Étude qualitative.

Écrire l’équation de la réaction entre l’acide chlorhydrique et l’eau.

HCl (g)   +   H2O  (ℓ)       H3O+ (aq)  +   Cl –   (aq)   (1)

Quelles sont les espèces présentes dans la solution d’acide chlorhydrique ?

-  Espèces présentes : H3O+ (aq) et Cl –  (aq)et HO –  (aq) (ultra minoritaire).

On note (H3O+ (aq)  +   Cl –   (aq)) la solution d’acide chlorhydrique.

  La soude est une solution aqueuse d’hydroxyde de sodium.

-  L’hydroxyde de sodium est un composé ionique (solide blanc) qui réagit totalement avec l’eau.

-  On donne l’équation simplifiée :

 

H2O

 

NaOH (s)

Na+ (aq)  +  HO –  (aq)   

-  Il découle de ceci que l’espèce NaOH n’existe pas en solution aqueuse.

-  L’ion sodium Na +  ne réagit pas avec l’eau. 

Il n’a pas de propriété acide.

On dit que l’ion sodium  Na +  est un ion indifférent, il est spectateur.

2)- Dispositif expérimental. 

-  Faire un schéma légendé du dispositif expérimental

 

3)- Manipulation.

ManipulationÉtalonner le pH-mètre.

-  Mettre la solution de soude dans la burette graduée (repère 0).

-  Verser dans un bécher un certain volume de la solution d'acide chlorhydrique.

-  En prélever un volume VA = 10 mL de la solution à l'aide de la pipette jaugée (10 mL) et les verser dans un autre bécher ou un erlenmeyer.

-  Ajouter environ 10 mL d'eau distillée pour que la sonde du pH-mètre soit totalement immergée.

-  Ajouter quelques gouttes d’un indicateur coloré (B.B.T, phénolphtaléine ou hélianthine).

-  Placer le barreau aimanté et maintenir une agitation douce.

4)- Mesures.

-  Verser progressivement la solution de soude dans la solution d'acide et relever la valeur du pH après chaque ajout.

Adapter les volumes VB versés aux variations de pH

-  Placer les résultats dans un tableau du type ci-dessous. Il est conseillé de prendre une feuille de brouillon.

VB mL

0

1

2

3

4

5

6

7

8

8,5

8,8

9

9,2

pH

1,70

1,75

1,77

1,82

1,90

1,98

2,08

2,21

2,40

2,55

2,67

2,81

2,96

VB mL

9,5

9,7

10

10,2

10,5

10,7

11

11,5

12

13

17

18

20

pH

3,39

6,60

10,29

10,65

10,96

11,11

11,24

11,38

11,47

11,62

11,89

11,93

12,0

5)- étude des courbes obtenues.

RédigerTracer le graphe pH = f (VB) sur papier millimétré pour les deux acides étudiés.

-  Commenter les courbes obtenues.

Montrer que l’on peut décomposer chaque graphe en trois parties distinctes. 

-  Donner les caractéristiques de chaque partie et justifier l’aspect de chaque partie en indiquant quel est le réactif en excès et le réactif limitant.

-  Caractéristiques du graphe pH = f (VB) :

-  Le pH augmente lors de l’addition d’un volume VB de soude.

  Partie AB de la courbe : au départ, le pH est faible. 

                        -    Il augmente d’abord lentement car l’acide est en excès par rapport à la base.

                         -    La base est le réactif limitant.

  Partie BC de la courbe :

                        -    Le pH augmente d’autant plus que l’excès d’acide se réduit. 

                        -    On observe un saut de pH de plusieurs unités.

                         -    Ce saut de pH provient du changement de réactif limitant. 

                        -    On est aux alentours de l’équivalence.

                        -    Dans la partie BC, la courbe change de concavité, elle possède un point d’inflexion E

                        -    Ce point particulier est appelé point d’équivalence, noté E.

                        -    En ce point, on change de réactif limitant.

                         -    On passe d’un excès d’acide à un excès de base.

  Partie CD de la courbe :

                        -    Dans cette zone, l’acide est le réactif limitant et la base est le réactif en excès. 

                        -    Cet excès impose un pH dont la valeur est élevée.

                         -    Le pH augmente à nouveau lentement puis se stabilise.

6)- Étude de l’équivalence.

a)- Équation de la réaction.

RédigerÉcrire l’équation de la réaction entre l’acide chlorhydrique et la soude.

-  il se produit la réaction :     

H3O+ (aq)  +   HO –   (aq)       =    2  H2O  (ℓ)

RédigerCalculer la constante d’équilibre de cette réaction. Cette réaction convient-elle pour un dosage ? Justifier.

-  C’est la réaction inverse de l’autoprotolyse de l’eau.

La constante d’équilibre de cette réaction est  :

-  

-  cette réaction est quasi totale car  >   10 4 .

-  On peut écrire :

H3O+ (aq)  +   HO –   (aq)           2  H2O  (ℓ)

-  Cette réaction convient pour un dosage car elle est rapide, unique, quasi totale.

-  Remarque :

À l’équivalence, la solution obtenue est une solution de chlorure de sodium. 

-  Cette solution est neutre car elle contient des ions indifférents Na +  et  Cl –   

b)- Tableau d’avancement de la réaction : dresser le tableau d’avancement de la réaction.

Équation

H3O+ (aq)  +

HO –   (aq)

H2O  (ℓ)

état

Avancement

x (mol)

 

 

 

 

État initial (mol)

0

C A.VA

CB.VB

 

excès

Avancement

final

xf

CA.VA – xf

CB.VB – xf

excès

Avancement

 maximal

xmax

CA.VA – xmax

C B.V B – xmax

 

excès

 

-  Au départ, c’est l’acide qui est en excès (partie du graphe AB). 

-  Lorsque les réactifs sont pratiquement dans les proportions stœchiométriques on observe un saut de pH (partie BC de la courbe). 

-  Puis la soude est en excès (partie CD de la courbe).

 

c)- Volume de soude versée à l’équivalence :

RédigerDéfinir l’équivalence et calculer le volume V BE de soude versée à l’équivalence.

-  il y a équivalence lorsque les réactifs ont été mélangés dans les proportions stœchiométriques de la réaction.

RédigerQue se passe-t-il lorsque le volume de soude versée est égal à V BE sur le graphe ?

-  lorsque le volume de soude versée est égal à V BE , on observe un saut de pH

-  À la goutte près, le système évolue d’un milieu franchement acide, à un milieu franchement basique.

d)- Détermination graphique du point d’équivalence E :

Le point d’équivalence est le point d’inflexion de la courbe pH = f (V B). 

-  On utilise la méthode des tangentes ou la fonction dérivée  pour déterminer ses coordonnées.

-  Au point d’équivalence, on change de réactif limitant et la courbe change de concavité.

-  Le point d’équivalence est caractérisé par ses coordonnées : pHE et VBE.

-  La méthode des tangentes donne les résultats suivants :

-  Remarque : il y a un problème avec la concentration de la solution d’acide chlorhydrique.

e)- Valeur du pH à l’équivalence : donner la valeur du pH à l’équivalence pHE à l’aide du graphe.

-  Valeur du pH à l’équivalence : pHE  = 7,0 à 25 °C.

II- Réaction entre l’acide éthanoïque et la soude (rangée 2).

1)- Étude qualitative.

Rédiger Écrire l’équation de la réaction entre l’acide éthanoïque et l’eau.

CH3COOH (aq)  +   H2O  (ℓ)       =      H3O+ (aq)  +   CH3COO –   (aq)

-  Quelles sont les espèces présentes dans la solution d’acide éthanoïque sachant que le pK A = 4,8 ?

-  pKA = 4,8   =>   KA =  10 – 4,8    =>   KA 1,6 x 10 – 5   

-  La réaction entre l’acide éthanoïque et l’eau est une réaction limitée. 

-  La solution contient  principalement des molécules d’acide éthanoïque et un peu des ions éthanoate et des ions oxonium. 

-  On note la solution d’acide éthanoïque : CH3COOH (espèce majoritaire).

  La soude est une solution aqueuse d’hydroxyde de sodium.

-  L’hydroxyde de sodium est un composé ionique (solide blanc) qui réagit totalement avec l’eau.

-  On donne l’équation simplifiée :

 

H2O

 

NaOH (s)

Na+ (aq)  +  HO –  (aq) 

-  Il découle de ceci que l’espèce NaOH n’existe pas en solution aqueuse.

-  L’ion sodium Na +  ne réagit pas avec l’eau. 

Il n’a pas de propriété acide.

On dit que l’ion sodium Na +  est un ion indifférent, il est spectateur.

2)- Dispositif expérimental. 

-  Faire un schéma légendé du dispositif expérimental

 

3)- Manipulation.

ManipulationÉtalonner le pH-mètre.

-  Mettre la solution de soude dans la burette graduée (repère 0).

-  Verser dans un bécher un certain volume de la solution d'acide éthanoïque.

-  En prélever un volume VA = 10 mL de la solution à l'aide de la pipette jaugée (10 mL) et les verser dans un autre bécher ou un erlenmeyer.

-  Ajouter environ 10 mL d'eau distillée pour que la sonde du pH-mètre soit totalement immergée.

-  Ajouter quelques gouttes d’un indicateur coloré (B.B.T, phénolphtaléine ou hélianthine).

-  Placer le barreau aimanté et maintenir une agitation douce.

 

4)- Mesures.

-  Verser progressivement la solution de soude dans la solution d'acide et relever la valeur du pH après chaque ajout. 

-  Adapter les volumes VB versés aux variations de pH.

-  Placer les résultats dans un tableau du type ci-dessous. Il est conseillé de prendre une feuille de brouillon.

VB mL

0

0,5

1

2

3

5

7

8

8,5

9

9,5

10

10,5

pH

2,71

3,17

3,48

3,89

4,18

4,6

5,03

5,33

5,5

5,75

6,11

6,85

9,85

VB mL

10,8

11,2

11,4

11,6

12

13

14

15

16

17

18

19

20

pH

10,4

11,1

11,4

11,6

11,9

12,3

12,4

12,6

12,7

12,7

12,8

12,8

12,9

5)- étude des courbes obtenues.

RédigerTracer le graphe pH = f (VB) sur papier millimétré pour les deux acides étudiés.

RédigerCommenter les courbes obtenues. Montrer que l’on peut décomposer chaque graphe en trois parties distinctes. 

-  Donner les caractéristiques de chaque partie et justifier l’aspect de chaque partie en indiquant quel est le réactif en excès et le réactif limitant.

-  Caractéristiques du graphe pH = f (V B) :

                        -    Le pH augmente lors de l’addition d’un volume VB de soude.

  Partie AB de la courbe : au départ, le pH est faible,  l’acide est en excès par rapport à la base.

                        -    La base est le réactif limitant.

                         -    Dans la partie AB, la courbe change de concavité.

   Partie BC de la courbe :

                         -    le pH augmente d’autant plus que l’excès d’acide se réduit.

                        -    On observe un saut de pH. Ce saut de pH provient du changement de réactif limitant. 

                        -    On est aux alentours de l’équivalence.

                        -    Dans la partie BC, la courbe change de concavité, elle possède un point d’inflexion E

                        -    Ce point particulier est appelé point d’équivalence, noté E.

                         -    En ce point, on change de réactif limitant. 

                        -    On passe d’un excès d’acide à un excès de base.

  Partie CD de la courbe :

                          -   Dans cette zone, l’acide est le réactif limitant et la base est le réactif en excès. 

                        -    Cet excès impose un pH dont la valeur est élevée. 

                        -    Le pH augmente à nouveau lentement puis se stabilise.

6)- Étude de l’équivalence.

a)- Équation de la réaction entre l’acide éthanoïque et la soude.

RédigerÉcrire l’équation de la réaction entre l’acide éthanoïque et la soude.

-  il se produit la réaction : 

CH3COOH (aq)  +   HO –  (aq)  =    CH3COO –  (aq)  +  H2O  (ℓ      

Rédiger Calculer la constante d’équilibre de cette réaction. Cette réaction convient-elle pour un dosage ? Justifier.

-  

-  cette réaction est quasi totale car  >   10 4 .

-  On peut écrire :

CH3COOH (aq)  +   HO –  (aq)      CH3COO –  (aq)  +  H2O  ()

-  Cette réaction convient pour un dosage car elle est rapide, unique, quasi totale.

-  Remarque :

À l’équivalence, la solution obtenue est une solution d’éthanoate de sodium de sodium. 

-  Cette solution est  basique car elle contient des ions éthanoate CH3COO –   (base) et les ions Na + qui sont indifférents.

 

b)- Tableau d’avancement de la réaction :

dresser le tableau d’avancement de la réaction.

Équation

CH3COOH (aq) +

HO –  (aq)

 CH3COO –  (aq)

H2O  ()

état

Avancement

x (mol)

 

 

 

 

 

État initial (mol)

0

CA.VA

CB.VB

 

0

excès

Avancement

final

xf

CA.VA – xf

CB.VB – xf

xf

excès

Avancement

 maximal

xmax

CA.VA - xmax

CB.VB – xmax

 

xmax

excès

 

-  Au départ, c’est l’acide qui est en excès (partie du graphe AB). 

-  Lorsque les réactifs sont pratiquement dans les proportions stœchiométriques on observe un saut de pH ( partie BC de la courbe). 

-  Puis la soude est en excès (partie CD de la courbe).

c)- Volume de soude versée à l’équivalence :

RédigerDéfinir l’équivalence et calculer le volume VBE de soude versée à l’équivalence.

-  Il y a équivalence lorsque les réactifs ont été mélangés dans les proportions stœchiométriques de la réaction.

RédigerQue se passe-t-il lorsque le volume de soude versée est égal à V BE sur le graphe ?

-  lorsque le volume de soude versée est égal à VBE , on observe un saut de pH

-  À la goutte près, le système évolue d’un milieu franchement acide, à un milieu franchement basique.

 

d)- Détermination graphique du point d’équivalence E :

Le point d’équivalence est le point d’inflexion de la courbe pH = f (VB).

-  On utilise la méthode des tangentes ou la fonction dérivée pour déterminer les coordonnées du point équivalent E.

 

-  Les coordonnées du point d’équivalence sont obtenues grâce à la méthode des tangentes.

e)- Valeur du pH à l’équivalence : donner la valeur du pH à l’équivalence pH E à l’aide du graphe.

-  pH E  8,3

À l’équivalence, la solution obtenue est une solution d’éthanoate de sodium.