Objectifs: Mesurer le ph d'une solution aqueuse. Mettre en évidence l'influence des quantités de matière mises en jeu sur l élévation de température observée. Utiliser les symbolismes, et dans l écriture des réactions chimiques pour rendre compte des situations observées. I. Solutions acides : 1. Solution aqueuse d'acide éthanoïque : Etalonner le ph-mètre en milieu acide à l aide des solutions tampons. Placer un bécher sur un agitateur magnétique et y verser 100 ml d'eau du robinet. Mesurer le ph de l'eau du robinet avec le ph-mètre. Avec précaution, ajouter quelques gouttes d'acide éthanoïque pur. Agiter, puis mesurer le ph de la solution aqueuse d'acide éthanoïque obtenue. Couple :CH 3 CO 2 H (aq) / CH 3 CO 2 - (aq) 1) Une réaction chimique a-t-elle eu lieu lors de l'ajout de l'acide éthanoïque pur à l'eau du robinet? 2) Calculer les concentrations [H 3 O + ] des solutions avant et après ajout de l'acide éthanoïque pur. On considère maintenant une solution aqueuse S 1 d'acide éthanoïque CH 3 CO 2 H (aq) de concentration en soluté apporté C 1 =1,0.10-2 mol.l -1 et de volume V 1 = 50 ml. Le ph est alors de 3,4. 3) Ecrire l'équation de la transformation 4) A l'aide d'un tableau d'avancement, déterminer la valeur de l avancement maximal x max, puis de l'avancement final noté x f. 5) Comparer x f et x max. Conclure. 2. Solution aqueuse d'acide chlorhydrique : On dispose d'une solution aqueuse S 2 d'acide chlorhydriquehcl (aq) de concentration en soluté apporté C 2 =1,0.10-2 mol.l -1 et de volume V 2 = 50 ml. Mesurer le phde cette solution. Reprendre les questions précédentes. II. Notion d'équilibre, sens d'évolution d'un système chimique : La réaction entre l'acide éthanoïque et l eau n étant pas totale, le système chimique atteint un état d équilibre dans l'état final, caractérisé par la coexistence des réactifs et des produits dans le mélange réactionnel. Pour traduire cet équilibre, l équation de la réaction s écrit avec une double flèche : CH 3 CO 2 H (aq) + H 2 O (l) CH 3 CO 2 - (aq) + H 3 O + (aq) Dans deux béchers identiques, verser 20 ml de la solution S 1. Mesurer le ph initial, noté ph i. Dans le bécher 1, ajouter, environ 0,5 g d'éthanoate de sodium CH 3 CO 2 Na(s). Dans le bécher 2, verser, avec précaution, deux gouttes d'acide éthanoïque pur. Agiter, puis mesurer les ph des solutions obtenues, notés respectivement ph 1 et ph 2. On suppose que les volumes des solutions n'ont pas varié lors des expériences. 1) Comment évolue le ph dans le bécher 1? Comment varie alors la concentration [H 3 O + ]? 2) Dans quel sens le système chimique a-t-il évolué : sens direct ou sens inverse de l'équation de la réaction? 3) Répondre aux mêmes questions pour l'expérience réalisée dans le bécher 2. 4) Comment évolue un système chimique lorsqu'on ajoute une des espèces chimiques intervenant dans l'équation de la réaction?
III. Réaction entre un acide fort et une base forte : L'acide chlorhydrique, H 3 O + (aq) + Cl - (aq), et l'hydroxyde de sodium, Na + (aq) + HO - (aq), réagissent selon une réaction totale d'équation : H 3 O + (aq) + HO - (aq) > 2 H 2 O (l) Dans un premier bécher de 250 ml, verser 100 ml d'une solution d'acide chlorhydrique de concentration en soluté apporté 1,0 mol.l -1. Dans un second bécher de 250 ml, verser 100 ml d'une solution d'hydroxyde de sodium, de concentration en soluté apporté 1,0 mol.l -1. Mesurer la température initiale θ i des deux solutions. Avec précaution, verser le contenu de l'un des béchers dans l'autre et agiter. Mesurer la température finale θ f du mélange réactionnel. Recommencer l'expérience précédente avec des solutions d'acide chlorhydrique et d'hydroxyde de sodium diluées dix fois. 1) Comparer les températures finales atteintes par les deux mélanges réactionnels aux températures initiales. 2) Lors de la réaction étudiée, le système chimique absorbe-t-il ou cède-t-il de l'énergie thermique? 3) Quelle est l'influence des concentrations des solutions sur l'élévation de température observée? On considère les mesures de température de la première expérience. En travaillant rapidement les pertes d'énergie vers l'extérieur sont négligeables devant l'énergie thermique E th libérée par la réaction. 4) Calculer l'énergie thermique E th libérée par la réaction sachant que E th = m.c.(θ f - θ i ). Données: on assimile la masse m du mélange réactionnel à la masse d'un même volume d'eau et on suppose que : c~c eau = 4,18 J-g -1. C -1. 5) Calculer les quantités d'acide et de base utilisées lors de cette expérience. 6) En déduire la valeur de l'avancement maximalx max de la réaction. ) Quelle serait la valeur de l'énergie thermique E th si l'avancement était égal à une mole? 8) La valeur de référence de l'énergie thermique E th, donnée dans les tables, est E th = 5 kj. mol -1. Évaluer l'incertitude relative sur la valeur trouvée.
Correction I. Solutions acides : 1. Solution aqueuse d'acide éthanoïque : calculs pour 100 ml de solutions 2. Solution aqueuse d'acide chlorhydrique : II. Notion d'équilibre, sens d'évolution d'un système chimique :
Correction III. Réaction entre un acide fort et une base forte : IV. Conclusion : Un acide faible se dissocie partiellement dans l'eau. Il est en équilibre avec sa base conjuguée. Un acide fort se dissocie totalement dans l'eau. Sa transformation est totale. La réaction entre un acide fort et une base forte produit de l'énergie : la transformation est exothermique.
Nom du professeur : N Massé Matière : Chimie Classe : Date : Horaires : Nombre d élèves/binômes* : T S 14 Salle : Date de restitution de cette fiche au technicien : Technicien préparateur exposé : TP / Expérience prof * Quantité : Titre TP 10 : Mesure de ph Besoins en matériel Pour 2 groupes 14 36 ph-mètre + électrode + solutions étalons + notice support électrode agitateur magnétique + turbulent bécher 100 ml + 250 ml pipette usage unique éprouvette graduée 100 ml balance thermomètre Nom des Produits chimiques Concentration et volume total demandés Phrase de risque et de sécurité Produit dangereux? (art R4411.6) Recherche de substituant? Acide éthanoïque pur 100 ml Acide éthanoïque C=1.10-2 mol.l -1 ; 1,2 L Acide chlorhydrique C=1.10-2 mol.l -1 ; 1 L C=1.10-1 mol.l -1 ; 1,5 L C=1 mol.l -1 ; 1,5 L Soude C=1.10-1 mol.l -1 ; 1,5 L C=1 mol.l -1 ; 1,5 L Ethanoate de sodium solide 20 g Protections : Gants Lunettes Hotte Masques Déchets chimiques : (Cocher les cases correspondantes et préciser le volume estimé) Acides ORGA Bases ORGA Acide minéral NB : Merci de bien vouloir remettre cette fiche jours avant au technicien de laboratoire.