Solutions acido basiques et titrage

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1 Solutios cido siques et titrge défiitio des cide et se selo Brösted : u cide et ue se s échget des protos H + A - + H + défiitio des cide et se selo Arrhéius u cide et ue se s échget des ios hydroxyde HO - BOH B + + HO - défiitio de l mphotère ( ou mpholyte ) : u mphotère possède ue forme cide et ue forme sique. Selo le ph du milieu ds lequel il se trouve, il se comporte comme u cide ou comme ue se A -. exemple 1 : l eu pprtiet u couple H 3 O + / H 2 O ( pk 1 0 ) où il y représete l forme sique, et l eu pprtiet u couple H 2 O / HO - ( pk 2 14 ) où il y représete l forme cide. exemple 2 : l cide lph mié R CH (NH 2 ) COOH : R CH - C NH 2 O OH - -COOH pprtiet u couple COOH / -COO - de pk 1 - NH 2 pprtiet u couple NH 3 + / NH 2 de pk 2 > pk 1 cide fort : u cide fort régit totlemet vec l eu pour se dissocier e s se cojuguée et liérer des ios oxoium H 3 O + ( provet de l hydrttio de l io H + pr ue molécule d eu ) + H 2 O A - + H 3 O + Quelques exemples d cide fort : Acide chlorhydrique : HCl HCl + H 2 O Cl - + H 3 O + iophysique Luret Bourdo cppceslille.e-mosite.com

2 Acide itrique : HNO 3 HNO 3 + H 2 O NO H 3 O + Acide sulfurique : H 2 SO 4 H 2 SO H 2 O SO H 3 O + Les cides chlorhydrique et itrique sot des moo cides forts : ue molécule d cide géère u io oxoium H 3 O +. Ds ce cs, l ormlité de l cide église s molrité : C N ( e Eq/L ) C ( e mol/l ) L cide sulfurique est u dicide fort : ue molécule d cide sulfurique géère deux ios oxoium, H 3 O +. Ds ce cs, l ormlité de l cide église deux fois s molrité : C N ( e Eq/L ) 2 C ( e mol/l ) Bse forte : Ue se forte régit totlemet u cotct de l eu pour se trsformer e so cide cojugué et liérer u io hydroxyde HO - BOH B + + HO - Quelques exemples de se fortes : Soude : NOH : NOH N + + HO - Potsse : KOH KOH K + + HO - les couples : o ppelle couple cido sique le couple costitué d u cide et de l se géérée pr l réctio de l cide sur l eu, ou se cojuguée. cide file / se file u cide file et ue se file e se dissociet que prtiellemet u cotct de l eu. Les cides croxyliques R-COOH sot des cides files. Ils pprtieet ux couples R-CCOH / R- COO - L mmoic NH 3 est ue se file. Elle pprtiet u couple NH 4 + ( io mmoium ) / NH 3 iophysique Luret Bourdo cppceslille.e-mosite.com

3 costte d cidité pour u cide file ; pk : O itroduit o moles d u cide file ds u volume d eu tel que le mélge occupe u volume V. L molrité de l cide est lors C o / V. (mol) A - + H + A. H3 O K EI o 0 0 EF o (1-) o o est le coefficiet de dissocitio de l cide. Les cocetrtios sot doées pr : [A - ] A. o V V A. H O D où K 3 C ; [H 3 O + ] C. C 2 C. C( 1 ) 1 H O 3 V. o V C ; [] Ds le cs où est très petit devt 1, 1-1 ; ds ce cs K ² C V o ( 1 ) V C ( 1 - ) pk est doé pr : pk - log K O peut comprer l force des cides files à l ide de leur pk. A même cocetrtio, u cide file est d utt plus fort que so pk est petit. costte de sicité pour ue se ; pk : O itroduit o moles d ue se file ds u volume d eu tel que le mélge occupe u volume V. L molrité de l se est lors C o / V. BOH B + + HO - B. HO K EI C o 0 0 EF C o (1-) C o C o BOH est le coefficiet de dissocitio de l se. De l même fço, K est doé pr : K Et pk - log K C. C 2 C. C( 1 ) 1 O peut comprer l force des ses files à l ide de leur pk. A même cocetrtio, ue se file est d utt plus forte que so pk est petit. De même, lorsque l o dispose du pk de l se, ue se est d utt plus forte que so pk est importt. iophysique Luret Bourdo cppceslille.e-mosite.com

4 Ds u couple cido sique, si le pk est iférieur à 7, l cide est plus fort que l se ; ds le cs cotrire ( pk > 7 ), l se est plus forte que l cide. produit ioique de l eu ds les CNTP : [H 3 O + ].[HO - ] Ke L costte Ke évolue vec l tempérture : Ke ugmete vec l tempérture. reltio etre les K et les pk à 25 C : K. K Ke pk + pk pke 14 pke évolue églemet vec l temperture : pke dimiue qud l tempérture ugmete. défiitio du ph : ph - log [H 3 O + ] défiitio du poh : poh - log [HO - ] ph + poh 14 Clcul de ph pour solutios simples si 10-1 < C < mol/l * cide fort : ph - logc N vec C N z.c : ormlité e Eq/L * se forte : poh -log C N * cide file : ph ½ ( pk log C ) - log ( C ) * se file : poh ½ ( pk log C ) - log ( C ) ph 7 + ½ ( pk + log C ) * mélge cide file / se file cojuguée : [se] ph pk + log [cide] * mpholyte : ph ½ ( pk 1 + pk 2 ) Zoe de prédomice exemple vec H 3 PO 4 H 3 PO 4 H 2 PO HPO 4 PO 4 pk1 pk2 pk3 ph iophysique Luret Bourdo cppceslille.e-mosite.com

5 dosge d u cide fort pr ue se forte : se forte HO - ph équivlece cide fort H 3 O + réctio de dosge : H 3 O + + HO - 2 H 2 O V O ote le omre de moles d cide pportées pr l solutio cide : C.V, et le omre de moles de se pportées pr l solutio sique : C.V. Le omre est fixé. O joute progressivemet de l se, ce qui egedre ue ugmettio du omre de moles de se itroduite. Le omre de moles de se itroduite est foctio du volume de se versé. O étudie le type de solutio oteue lorsque évolue. < : mol H 3 O + + HO - 2 H 2 O EI EF - 0 A l étt fil, il e reste plus de se HO -, mis il reste de l cide H3O+. L solutio file est doc ue solutio d cide fort. Ds ce cs, ph - log [H 3 O + ] vec [H 3 O + ]. Le ph est iférieur à 7. V V : mol H 3 O + + HO - 2 H 2 O EI EF 0 0 A l étt fil, HO - et H 3 O + ot dispru. L solutio est i sique, i cide : elle est eutre : ph 7. Il s git lors de l eutrlistio de l cide pr l se versée : c est l équivlece. Puisque, o otiet l reltio d équivlece : C.V C.V > : Mol H 3 O + + HO - 2 H 2 O EI EF 0 - A l étt fil, tout l cide H3O+ dispru et il reste ecore des ios HO-. L solutio est doc ue solutio de se forte. Le ph est doé pr : ph 14 + log [HO - ] vec [HO - ] supérieur à 7. V V. Le ph est iophysique Luret Bourdo cppceslille.e-mosite.com

6 dosge d u cide file pr ue se forte : se forte cide file L solutio d cide file cotiet l etité ; l solutio de se forte cotiet l etité HO -. Le omre de moles de est C.V. Le omre de moles de HO - est C.V., cide file, régit vec HO -, se forte, selo l réctio : + HO - A - + H 2 O Le omre de moles de se itroduit évolue. < : mol + HO - A - + H 2 O EI 0 EF - 0 A l étt fil, l solutio cotiet l cide et s se cojuguée A -. Il s git lors d ue solutio A tmpo. Le ph de cette solutio est doé pr : ph pk + log, ce qui reviet à clculer : ph pk + log A soit ph pk + log Lorsque le omre de moles de se itroduite église l moitié du omre de moles d cide préset iitilemet, soit ½, le tleu d vcemet doe : mol + HO - A - + H 2 O EI ½ 0 EF ½ ½ 0 ½ L moitié du omre de moles d cide iitil été eutrlisé : c est l ½ équivlece. O costte que, à l étt fil, A-. le ph s écrit lors ph pk + log Soit ph pk A pk + log 1 : mol + HO - A - + H 2 O EI 0 EF 0 0 A l étt fil, tout l cide est eutrlisé et il e reste plus de se. C est l équivlece. O retrouve l reltio C.V C.V iophysique Luret Bourdo cppceslille.e-mosite.com

7 L solutio cotiet lors les ios A -, se du couple / A -. L solutio est doc ue solutio de se file. Le ph s écrit lors : ph 7 + ½ (pk + log [A - ] ) L cocetrtio e A - se clcule à l ide de : [A - ] > : A V V C.V V V mol + HO - A - + H 2 O EI 0 EF 0 - A l étt fil, il reste ecore de l se forte ( HO - ) et il y églemet de l se file ( A - ). O cosidère lors que l se forte impose l vleur du ph pr : ph 14 + log [HO - ]. Avec [HO - HO ] V V V V ph V Lorsque l qutité de se forte deviet importte, o costte que le ph du mélge ted vers le ph de l solutio titrte de se forte dosge d ue se file pr u cide fort : cide fort se file L solutio de se file cotiet l etité BOH; l solutio d cide fort cotiet l etité H 3 O +. Le omre de moles de H 3 O + est C.V. Le omre de moles de BOH est C.V. L réctio yt lieu est : BOH + H 3 O + B H 2 O O peut procéder de l même fço qu u titrge précédet fi de coitre l évolutio du ph e foctio du volume d cide versé iophysique Luret Bourdo cppceslille.e-mosite.com

8 < : mol BOH + H 3 O + B H 2 O EI 0 EF - 0 A l étt fil, il y coexistece e solutio de l forme sique ( BOH ) et de l forme cide ( B + ) d u même couple cido sique. Il s git doc d ue solutio tmpo. Le ph est lors doé pr : ph pk + log BOH pk + log BOH B soit ph pk + log B Ds le cs où l qutité d cide itroduit est égle à l moitié de l qutité de se iitilemet présete ds l solutio ( ½ ), o otiet l demi équivlece : mol BOH + H 3 O + B H 2 O EI 0 EF - ½ 0 ½ O otiet lors ue solutio tmpo idéle, de ph pk. : mol BOH + H 3 O + B H 2 O EI 0 EF 0 0 A l étt fil, toute l se iitile est eutrlisée pr l qutité suffiste d cide. O se trouve à l équivlece : soit C.V C.V A l étt fil, l solutio cotiet du B +, qui est u cide file. Le ph de l solutio est lors doé pr : ph ½ ( pk log [B + ] ) L cocetrtio [B + ] se clcule à l ide de : [B + B ] V V V V > l qutité d cide versée est suffiste pour eutrliser l se existte. Après eutrlistio, il reste ecore de l cide fort e solutio. mol BOH + H 3 O + B H 2 O EI 0 EF 0 - Il y doc coexistece d cide fort ( H 3 O + ) et d cide file. L cide fort impose lors le ph. Celui-ci est doé pr : ph - log [H 3 O + ] vec [H 3 O + ] iophysique Luret Bourdo cppceslille.e-mosite.com V V Lorsque l qutité d cide versée deviet importte, le ph du mélge ted symptotiquemet vers le ph de l solutio cide versée

9 ph V les solutios tmpos * rôle d ue solutio tmpo : limiter l évolutio du ph lors d ue gressio cido sique limiter l évolutio du ph lors d ue dilutio * chque solutio tmpo est défiie pr : [se] ph pk + log [cide] pouvoir tmpo : PT 2,3 C x ( 1 x ) vec : C [cide] + [se] x se C 1 x cide C Ue solutio tmpo est dite idéle lorsque [cide] [se] e solutio. Ds ce cs : ph pk PT PT mx 1,15 [cide] 1,15 [se] iophysique Luret Bourdo cppceslille.e-mosite.com