COURS DE SCIENCES PHYSIQUES Classe de BAC PRO

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1 NOM et Prénom de l élève : COURS DE SCIENCES PHYSIQUES Classe de BAC PRO ACTIVITÉS 1 CONDUCTIVITÉ D UNE SOLUTION 2 DISSOCIATION IONIQUE DE L EAU 3 NOTION DE Ph ACIDE ET BASE 4 ACIDE ET BASE SELON BRONSTED 5 DOSAGE ACIDO - BASIQUE 1

2 Activité 1 OBJECTIFS Mesurer une conductivité. Expliquer pourquoi une solution est conductrice du courant. 1- Définition La conductivité ( ) représente l aptitude d une solution à conduire le courant électrique. Cette grandeur ayant pour unité le Siemens par mètre (S/m). Autre multiple utilisé : le millisiemens par centimètre (ms/cm) L appareil de mesure se nomme un conductimètre. Electrode de mesure Conductimètre 2- Expérience Pour mesurer la conductivité d une solution, il suffit de tremper l électrode dans la solution et de lire directement le résultat. 2-1 Quelle est la valeur mesurée? 2-2 Quelle sont les espèces responsables de la conductivité dans une eau? 3- Conclusion La minéralisation d une eau est liée directement à la quantité d ions présents dans cette eau. Ce sont les ions présents dans cette eau qui permettent le passage du courant dans une solution. Plus la conductivité sera grande, plus cette eau renfermera des ions en solution. 2

3 Activité 2 OBJECTIFS Comprendre la dissociation de l eau. Utiliser le produit ionique de l eau. 1- Expérience L eau pure est un liquide incolore qui ne renferme que des molécules d eau (H 2 O). On a vu qu une solution est conductrice du courant si elle renferme des ions. Mesure de la conductivité de l eau pure. 1-1 Quelle est la valeur mesurée? 1-2 Quelle interprétation pouvez-vous faire? 2- Conclusion Comme la conductivité est faible mais non nulle, alors l eau pure renferme des ions en très faible quantité. Ces ions ne peuvent être constitué que de l élément hydrogène (H) et oxygène (O). C est ions sont : - L ion hydronium (H 3 O + ). - L ion hydroxyde (OH - ). Pour obtenir la synthèse de ses ions à partir des molécules d eau, il faut écrire l équation bilan : H 2 O + H 2 O H 3 O + + OH - C est l autoprotolyse de la molécule d eau. (Ecriture plus simple : H 2 O H + + OH - ). Le symbole permet d indiquer que simultanément coexiste les espèces chimiques suivantes : H 2 O, H 3 O + et OH -. Toutes solutions aqueuses (dont le solvant est de l eau) renferment au moins les espèces chimiques suivantes : - Des molécules d eau H 2 O en très très grande quantité. - Des ions hydronium H 3 O + (ou H + ) en très faible quantité. - Des ions hydroxydes OH - en très faible quantité. 3

4 3- Le produit ionique de l eau Le produit de la concentration molaire en ions H 3 O + par la concentration molaire en ions HO - est toujours constant et est égale à K e. avec [H 3 O + ] et [OH - ] sont des concentrations molaires exprimées en mol/l Tu peux mémoriser ce petit triangle, lorsque tu caches avec ton doigt la lettre cherchée, Ce qui te reste d indique la formule à utiliser. Exprimer alors [H 3 O + ] en fonction de [OH - ] et K e ; Puis [OH - ] en fonction de [H 3 O + ] et K e. 4- Applications EX 1 : La concentration dans une solution aqueuse en ion hydronium [H 3 O + ] = 10-5 mol/l ; Calculer la concentration en ion hydroxyde [OH - ]. EX 2 : La concentration dans une solution aqueuse en ion hydroxyde [OH - ] = 10-2 mol/l ; Calculer la concentration en ion hydronium [H 3 O + ]. 4

5 Activité 3 OBJECTIFS Attribuer a un produit s il est acide, basique ou neutre. Calculer le ph d une solution connaissant sa concentration. 1- Activité documentaire Vous utiliser dans la vie courante certain nombre de produits qui sont soit acides, soit basiques, soit neutres. 1-1 Intuitivement, pouvez-vous dire si les produits proposés sont acides, basique ou neutre? acide basique neutre acide basique neutre acide basique neutre acide basique neutre acide basique neutre acide basique neutre 1-2 Comment vérifier vos hypothèses 2- Notion de ph Le ph est une valeur comprise entre 0 et 14. Si le ph < 7, on dit que la solution est acide. Si le ph > 7, la solution est basique. Et un ph 7, la solution est neutre. Le ph est une échelle logarithmique (Multiplier par 10 le degré d acidité ou d alcalinité). Exemple : Solution de ph 5 = 10 plus acide qu une solution de ph 6. Solution de ph 4 = 100 plus acide qu une solution de ph 6 5

6 3- Comment mesure t-on le ph? 3-1 Le papier ph Electrode C est un papier qui prend une couleur donnée en fonction du ph de la solution. Par comparaison sur des étalons de couleurs, on détermine le ph d une solution. (Précision : l unité ph). ph-mètre 3-2 Le ph-mètre Appareil de mesure qui vous renseigne sur la valeur du ph d une solution. (Précision : au 10 ème unité ph) 3-3 L indicateur coloré Prend une couleur en fonction du ph de la solution (Précision : indique si la solution est acide, basique ou neutre) Le Bleu de Bromothymol : Pour un ph < 6 (Acide) : couleur jaune ; Un ph > 7,6 (Basique) : couleur bleue ; Couleur vert pour un ph compris entre 6 et 7,6 (Neutre). 4- Comment calculer le ph d une solution Le ph est lié à la concentration en ion hydronium (H 3 O + ) d une solution. (Ou plus simplement sa concentration en ions H + ). Par exemple : Une solution de concentration en ions hydronium [H 3 O + ] = 10-1 mol/l présente un ph = 1. Si la concentration est [H 3 O + ] = 10-2 mol/l le ph est de 2 etc Inversement, si le ph = 9, cela signifie que dans cette solution [H 3 O + ] = 10-9 mol/l. On obtient l échelle suivante : [H 3 O + ] mol/l ph 6

7 La notion de ph a été introduite en 1909 par le chimiste danois SØRENSEN ( ). Il est plus simple d exprimer l acidité d une solution par son ph que par sa concentration en ions hydronium (H 3 O + ). On en déduit que : [H 3 O + ] = 10 -ph mol/l Soit : ph = - log [H 3 O + ] EX n 1 : Le citron, la concentration en ions hydronium [H 3 O + ] = 2, mol/l. Calculer son ph. EX n 2 : L eau de Javel diluée peut-être utilisée comme désinfectant. Le ph de telle solution est égal à ph = 9,6. Calculer la concentration en ions hydronium [H 3 O + ] et hydroxyde [OH - ]. Ex n 3 : Une solution de soude a une concentration en ions hydroxyde [OH - ] = 6, mol/l Calculer la concentration en ions [H 3 O + ] et le ph d une telle solution. 5- Conclusion Si le ph < 7 alors la solution est acide et la [H 3 O + ] > [HO - ] (Ou [H + ] > [HO - ]). Si le ph = 7 alors la solution est neutre et la [H 3 O + ] = [HO - ] (Ou [H + ] = [HO - ]) Si le ph > 7 alors la solution est basique et la [H 3 O + ] < [HO - ] (Ou [H + ] < [HO - ]) acide neutre basique 7

8 Activité 4 OBJECTIFS Définir un acide et une base selon Brönsted. Ecrire la réaction entre un acide et une base 1- Historique Précédemment on a vu que la molécule d eau (H 2 O) donnait naissance a des ions hydronium (H 3 O + ) et des ions hydroxyde (OH - ). C est ions H 3 O + et OH - ne figure jamais sur les étiquettes d eau pourtant leur importance va permettre de caractériser les solutions acides et basiques. C est le chimiste danois Brönsted ( ) qui a proposé la théorie de l acidobasicité fondée sur l échange de protons H Cas d un acide Un acide est une espèce chimique capable de céder un proton H +. A 1 B 1 + H + On dit que B 1 est la base conjuguée de l acide A 1 Exemple : 3- Cas d une base Une base est une espèce chimique capable d accepter un proton H +. B 2 + H + A 2 On dit que A 2 est l acide conjugué de la base B 2 Exemple : 4- Le couple acide base 4-1 Définition Un couple acide/base est l ensemble d un acide et d une base succeptibles de s échanger un proton H + selon la demi-équation acido-basique : A B + H + On dit que le couple acide base est A/B Les deux entités sont appelé acide ou base conjuguée. 8

9 4-2 Quelques couples acide/base importants Couples Forme acide Forme basique Demi-équation acido-basique HCl/Cl - CH 3 COOH/CH 3 COO - H 2 O OH - H 3 O + H 2 O NH 3 + H + NH 4 + H 2 SO 4 H + + HSO 4 - CO 2, H 2 O/HCO 3-9

10 5- Réaction acide base selon Brönsted La réaction acide-base est un transfert de protons (H + ) de l acide d un couple acide/base à la base d un autre couple acide/base. EXEMPLES 1- Réaction de l acide chlorhydrique (HCl) sur l hydroxyde de sodium (Na + + OH - ). 2- Réaction de l acide chlorhydrique (HCl) sur l ammoniac (NH 3 ). 3- Réaction de l acide éthanoïque ou acétique (CH 3 COOH) sur l ammoniac (NH 3 ). 4- Réaction de l acide éthanoïque ou acétique (CH 3 COOH) sur l ion hydrogénocarbonate (HCO 3 - ). 10

11 Activité 5 OBJECTIFS Déterminer la concentration d un acide ou d une base en utilisant un dosage par colorimétrie. 1- Définition Doser ou titrer une espèce chimique consiste à déterminer la concentration molaire de cette espèce. Cela revient aussi à déterminer la quantité de matière (en moles) de cette espèce présente pour un volume donné de cette solution. L espèce dont on veut déterminer sa concentration molaire s appelle le réactif titré. Il est situé dans le bécher. Dans la burette graduée se trouve le réactif titrant dont on connait sa concentration molaire. 2- Protocole opératoire et point d équivalence Si l acide est le réactif titré, alors on neutralise l acide par une base. A l équivalence, le réactif titrant et le réactif titré se trouve dans les proportions stœchiométriques L équivalence est obtenue lorsque les ions H 3 O + provenant de l acide ont été neutralisés par les ions OH - provenant de la base. n Acide = n Base C A V A = C B V B C A : Concentration molaire de l acide et C B : Concentration molaire de la base. Exprimée en mol/l. V A : Volume d acide et V B : Volume de Base. 11

12 Dans les dosages colorimétriques Ce titrage est basé sur un changement de couleur de la solution titrée. Ce changement de couleur est provoqué par l addition d un indicateur coloré dans la solution titrée. Les indicateurs colorés les plus utilisés sont : - Le bleu de bromotymol (BBT) : virage du jaune au bleu en passant par le vert. - La phénol phtaléine (PP) : virage de l incolore au rose violacé. Application : On veut déterminer la concentration molaire (C A ) d une solution d acide éthanoïque (CH 3 COOH). Pour cela on dose 20 ml d acide par de la soude ou hydroxyde de sodium (Na + + OH - ) de concentration C B = 0,1 mol/l. Le virage de l indicateur s effectue pour un volume a l équivalence V E = 12,4 ml. 1 Compléter le schéma ci-contre : 2 Ecrire l équation du dosage. 3 Calculer la concentration molaire de cet acide. 12