TP Chimie Constante d acidité d un couple acide- base TS

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1 I. Le BBT un indicateur coloré acido- basiques Une solution contenant un indicateur coloré prend une couleur différente selon le ph du milieu dans lequel est introduite. Le bleu de bromothymol (BBT) est un indicateur coloré de ph. Il se présente sous deux formes, notées BBTH et BBT - qui constituent un couple acide/base. La forme BBTH colore en jaune les solutions aqueuses, et la forme BBT - les colore en bleu. Doc.1. Formes acide et basique du BBT 1.1. Justifier que les espèces BBTH et BBT - forment un couple acide/base en s apuyant sur leur notation. Si l espèce BBTH perd un ion H+, elle devient l espèce BBT Justifier que le BBT est un indicateur coloré de ph. Le bleu de bromothymol est un indicateur coloré de ph, car il change de couleur en fonction du ph du milieu dans lequel il est introduit. 1.3.Quelle est la couleur du BBT dans un milieu acide? Sous quelle forme se trouve le BBT dans une telle solution. Même question pour un milieu basique. Introduit dans une solution basique, le BBT va céder un proton à l espèce chimique présente. Il va donc se trouver sous la forme BBT - qui donne une coloration bleue à la solution ( car il absorbe toutes les radiations sauf celles qui vont donner par synthèse additive la «nuance de bleu» observée. Dans une solution acide, le BBT va fixer un proton donné par l espèce présente ( l acide). Il va donc se retrouver sous la forme BBTH qui est jaune ( forme qui absorbe dans le vert, le bleu et qui laisse passer des radiations qui vont donner la «nuance» de jaune observée) 1

2 1.3. Formuler une hypothèse pour justifier la couleur d une solution contenant du BBT à ph=7. Le vert est la couleur obtenue par synthèse soustractive du bleu et du jaune. On peut supposer que les deux formes sont présentes dans la solution de ph égal à 7,0. II. Préparation de la gamme des solutions Chaque binôme préparera une solution pour sa rangée. Chaque rangée fabrique 9 solutions. Mesurer 25 ml à l éprouvette graduée de solution de Britton- Robinson et la verser dans 1 bécher. Ajouter un volume v de solution de soude à l aide de la pipette graduée. ( Voir tableau 1 ) Bien agiter à l aide du barreau aimanté. Prélever 20,0 ml du mélange obtenue à la pipette jaugée ( pipette rincée avec la solution mais il doit vous rester au moins 20,0 ml dans le bécher! ) et les placer dans un bécher propre et sec marqué. Ajouter à la burette graduée ( paillasse professeur ) 1,0 ml de BBT à mol /L. Homogénéiser. Mesurer le ph de cette solution à l aide du ph- mètre du bureau ( 1 ph- mètre commun à une rangée ) après avoir soigneusement lavé et séché l électrode. Noter ce ph pour la mise en commun par rangée et le noter sur le bécher correspondant qu on déposera sur une paillasse commune par rangée. Prélever un peu de solution de chaque bécher et préparer 9 cuves sur les porte- cuves + 1 cuve d eau distillée pour les mesures d absorbance réalisées par rangée. Groupe Volume V ( ml )de solution de soude ajoutée ph 2

3 La solution Britton- Robinson La solution Britton- Robinson s obtient en rajoutant : 12,5 ml d acide phosphorique et 15,5 ml acide éthanoïque à 1 mol L 1 et 125 ml acide borique à 0,1 mol L 1 L ajout de petites quantités d une solution de soude à 0,1 mol L 1 dans une solution de Britton- Robinson provoque une variation presque linéaire de ph (voir graphe ci- dessous). III. Mesure de l absorbance et calcul des concentrations 1) Choix de la longueur d onde à utiliser dans lors des mesures Les spectres d absorption des formes BBTH et BBT - sont donnés dans le graphique ci- dessous : Doc Expliquer la couleur jaune de la forme acide BBTH et la couleur bleue de la forme basique BBT -. BBTH : forme jaune, car les radiations entre 400 nm et 550 nm ( violet, bleu, vert, un peu de jaune) sont absorbées. BBT - : forme bleue car les radiations entre 500 nm et 700 nm ( vert, jaune, orange, rouge) plus absorbées que les autres Déduire du spectre d absorption, la longueur d onde du filtre utilisable en colorimétrie pour mesurer l absorbance d une solution de BBT. On dispose des filtres suivants : 440 nm, 490 nm, 530 nm, 590 nm. Expliquer. 3

4 Pour des mesures d absorbance on choisit les longueurs d onde correspondant à un pic d absorption. Cela permet d avoir des valeurs non négligeables de l absorbance et permet de supposer que A est peu dépendante de la longueur d onde ( sur un pic d absorbance A lorsque λ varie, pour une concentration donnée) On a donc le choix( voir Doc.2) de prendre soit 430 nm ( longueur d onde correspondante au premier pic) soit 620 nm ( correspondant au deuxième pic). On observe que, en se plaçant à 430 nm, le BBT est présent sous les deux formes ( BBTH majoritairement mais aussi un peu de BBT - ). La loi de Beer- Lambert serait alors difficilement applicable, car on devrait prendre en compte l absorbance due aux deux formes. Pour simplifier, on va donc travailler à une longueur d onde proche du deuxième pic d absorption (cela dépend des filtres disponibles). A cette nouvelle longueur d onde seule la forme BBT - est présente. Observation : - un avantage supplémentaire : les valeurs de l absorbance sont plus grandes que dans le premier cas. 2) Mesure de l absorbance des 9 solutions réalisées à l aide d un colorimètre. Régler le «zéro» du spectrophotomètre en utilisant la solution Britton- Robinson Mesurer l absorbance des mélanges. En déduire la valeur de l absorbance maximale mesurée, Amax. Amax = Mesures : Amax = 1, Sous quelle forme trouve- t- on le BBT à cette longueur d onde dans la solution? ( aide : regarder les Doc.2) Le BBT se trouve sous une seule forme : la forme acide BBTH Le bleu de bromothymol ou BBT ( noté BBTH) a des propriétés acido- basiques en solution aqueuse. Sa réaction avec l eau peut s écrire : BBTH ( aq ) + H2O(l) = BBT - (aq ) + H3O + (aq) La constante d acidité du couple BBTH/BBT - :!! =!!"!!!!!!!"# En solution aqueuse, le BBT introduit à la concentration en soluté apporté C, peut exister sous les deux formes acido- basiques et on a : [ BBT - (aq ) ] + [ BBTH (aq) ] = C. On peut aussi écrire en pourcentage : % BBT - + % BBTH =100 % 3.4. A l aide de la loi de Beer- Lambert, démontrer que : 4

5 %!!!! =!""! et % BBTH = % BBT -!!"# Voir cours 3.5. Dans l atelier scientifique, créer les colonnes ph, Absorbance, % BBT -, % BBTH, Ka et pka. Formules : %!!!! =!""!!!"# % BBTH = % BBT -!! = %!!"! %!!"#!"!!" pka = - log (Ka ) 3.6. Démontrer que si [BBTH]=[BBT - ] alors pka = ph. De même, pka = ph si % BBT - = % BBTH = 50 %!" =!!! log (!!"!!!"# ) si [BBTH]=[BBT - ] alors ph=pka 3.7. Calculer la moyenne des pka et l écart type expérimental en utilisant les fonctions statistiques du logiciel Donner la valeur du pka déduite de la moyenne et son incertitude- élargie calculée sur 9 mesures à un niveau de confiance de 95 %. Ecrire le résultat sous la forme pka ± pka 3.9. Diagramme de distribution des espèces en fonction du ph : Tracer dans le logiciel à partir des données sur un même graphe % BBT - = f ( ph ) et % BBTH = f ( ph ) On considère que la forme acide domine pour [BBTH] > [BBT - ] et que la forme basique domine pour [BBT - ] > [BBTH]. Délimiter ces zones sur le diagramme de distribution. Déterminer graphiquement ( à l aide du pointeur ) la valeur du ph pour [BBT - ] = [BBTH]. En déduire la valeur du pka et la placer sur le diagramme. 5

6 BBTH BBT Calculer l écart relatif sachant qu à 25 C, le pka du BBT est référencée à 7,10. Voir 3.7 6

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