I- tude expérimentale de variation de au cours d une réaction acide-base : 1- Dispositif expérimental et mode opératoire : À l aide de la burette graduée, on verse la solution dosante dans le bécher contenant la solution dosée et à l aide du mètre, on mesure le du mélange - Résultats : Courbe de la variation de -1-Variations du au cours de l ajout d une solution base forte (NaOH) sur solution d acide fort = f(v B ) Solution d acide fort AH : (A - +H 3 O + ) = 7 1 a- Courbe: = f(v B ): Possède un seul point d inflexion. (A - + H 3 O + ) + (Na + + OH - ).H O + Na + + A - quation bilan : H 3 O + + OH - H O Réaction totale car : 1 1 1 K= = = > ) + H K 3O OH e c- Valeurs particulières de : i V b (cm 3 ) 0 0 1 V b L acide est fort : initial = -logc a =7 : La solution est neutre à l équivalence. Justification : Na + et A - sont inertes :[Na + ] = n 0(Na + ) = C bv b et [A - ] = n 0(A - ) = C a V a V a +V b V a +V b V a +V b V a +V b Or à l équivalence : C a V a =C b V b [Na + ] =[A - ] et d autre part la solution est électriquement neutre : [Na + ] +[H 3 O + ] = [A - ] + [OH - ] [H 3 O + ] = [OH - ] d où la solution obtenue à l équivalence est neutre ( =7)
-3-Variations du au cours de l ajout d une solution de base forte (NaOH) sur solution d acide faible 1 >7 1/ = pka 7 i K V K = V b =f(v B ) 0 V b 1 V B (cm 3 ) Solution d acide faible AH a- Courbe: = f(v B ): possède deux points d inflexion et K. AH + (Na + + OH - ) H O + Na + + A - quation bilan: AH + OH - H O + A - K= [A - ] [AH].[OH - ] = 1 Kb = (pke-pka). c- Valeurs particulières de : L acide est faible: initial = 1 (pke-logc a) >7 la solution obtenue à l équivalence est basique. Justification : A l équivalence on la solution aqueuse : (Na + + A - ) Na + : est inerte (indifférente en solution) A - : C est une base faible (base conjuguée d un acide faible) ; elle réagit avec l eau selon la réaction : A - + H O AH + + OH - d où la solution est basique. d- La demie équivalence : La moitié de la quantité initiale de l acide a réagit n(ah)= n(a - )= 1 n 0(AH). [AH] =[A - ] et Ka = [H 3O + ].[A - ] = [H 3 O + ] logka= -log[h 3 O + ] pka = 1/ [AH] Le à la demi-équivalence est égale au pka du couple acide/base associé à l acide faible e) = 1 (pke + pka + logc b) avec C b la concentration de la base faible (A - ) dans la solution obtenue à l équivalence : C a = C a.v a V a +V b -3-Variations du au cours de l ajout d une solution d acide fort (HCl) sur solution de base forte i = f(v a ) = 7 V a(cm 3 ) 0 V a 1 Solution de base forte B :(BH + +OH - ) a- Courbe: = f(v A ): possède un seul point d inflexion. (BH + + OH - )+(H 3 O + +OH - ).H O + BH + + Cl - quation bilan : H 3 O + + OH - H O Réaction totale car : 1 1 1 K= = = > ) + H O OH K 3 e c- Valeurs particulières de : La base est forte : initial = pke + logc b =7 la solution est neutre à l équivalence. Justification : BH + et Cl - sont inertes :[BH + ]= n 0(BH + ) Vb+V a = Cb.V b et [Cl - ] = n 0(Cl - ) = Ca. V a Or à l équivalence : C a V a =C b V b [BH + ] =[ Cl - ] et d autre part la solution est électriquement neutre : [BH + ] +[H 3 O + ] = [Cl - ] + [OH - ] [H 3 O + ] = [OH - ] d où la solution obtenue à l équivalence est neutre ( =7) T.D Chimie ème M et Sc-exp Les réactions acide-base. Page : -
--Variations du au cours de l ajout d une solution d acide fort (HCl) sur solution de base faible 1 i 1/ = pka <7 7 K 0 0 V 1 a V K = V a = f(v A ) V A (cm 3 ) Solution de base faible B a- Courbe: = f(v A ): possède deux points d inflexion et K. B + (H 3 O + +Cl - ) H O + BH + + Cl - quation bilan: B + H 3 O + BH + + H O [BH K= + ] [B].[H 3 O + ] = 1 Ka = pka. c- Valeurs particulières de : La base est faible: initial = 1 (pke+pka+logc b) <7 la solution obtenue à l équivalence est acide. Justification : A l équivalence on la solution aqueuse : (BH + + Cl - ) Cl - : est inerte (indifférente en solution) BH + : C est un acide faible (acide conjuguée d une base faible); il réagit avec l eau selon la réaction : BH + + H O B + H 3 O + d où la solution est acide. d- La demie équivalence : La moitié de la quantité initiale de base a réagit n(b)= n(bh + )= 1 n 0(B). [B] =[ BH + ] et Ka = [H 3O + ].[B] [BH + = [H 3 O + ] logka= -log[h 3 O + ] pka = 1/ ] Le à la demi-équivalence est égale au pka du couple acide/base associé à la base faible e) = 1 (pka - logc a) avec C a la concentration de l acide faible (BH + ) dans la solution obtenue à l équivalence : C a = C b.v b. 3- L indicateur coloré 3-1) Définition : Un indicateur coloré est un acide faible dont sa teinte est différente de celle de sa base conjuguée. 3-- Utilisation de l indicateur coloré : Un indicateur coloré est dit convenable à un dosage acide-base si sa zone de virage contient le e ( à l équivalence). xemple 1 : Choix de l indicateur colorer pour un dosage directe. lors du dosage acide fort-base forte e =7. Ce e appartient à la zone de virage du B.B.T (7 [.0 ; 7,]) donc le B.B.T est l indicateur convenable au dosage d un acide fort par une base forte. On peut utiliser les indicateurs colorés pour donner un encadrement de d une solution. xemple : ncadrement du d une solution aqueuse. Un solution S donne une couleur : Rouge avec le rouge de méthyle signifie que,. Jaune avec l hélianthine signifie que,. Donc on a :,, (encadrement de d une solution). T.D Chimie ème M et Sc-exp Les réactions acide-base. Page :3 -
- Les solutions tampons -1) Définition Une solution tampon est tel que son : Diminue très faiblement lors d une addition modérée d un acide. Augment très faiblement lors d une addition modérée d une base. Varie très légèrement lors d une dilution modérée. -) Remarque : Propriétés d une solution tampon Dans la solution obtenue au voisinage du point de demi-équivalence lors du dosage d un acide faible par une base forte ou d une base faible par un acide fort le varie très lentement, donc dans une solution tampon les concentrations de l acide faible et de sa base conjuguée sont voisines : [AH] [A ] pka xercices d application. xercice N 1 On dispose d une solution d un détartrant à cafetière d acide sulfamique de formule NH SO 3 H La solution porte l indication suivante : " Acide sulfamique 1%" c'est-àdire que 0mL de solution aqueuse contient 1g d acide sulfamique. Afin de vérifier l indication portée par l étiquette du flacon, on prélève un volume V A = ml de cette solution que l on dose par une solution aqueuse d hydroxyde de sodium de concentration molaire C B = 0,1 mol.l 1. Ce dosage est suivi par -mètre, on obtient la courbe ci-contre : 1 (cm 3 ) V B (cm 3 ) 0 1 1 1 ) Dire, en le justifiant, si l acide sulfamique est fort ou faible? ) crire l équation de la réaction de dissolution de l acide sulfamique dans l eau. 3 ) a) crire l équation de la réaction ayant lieu au cours du dosage. b) Définir l équivalence acido- basique. c) Déterminer graphiquement le point d équivalence en précisant la méthode utilisée. d) xpliquer la nature de la solution à l équivalence. e) Déterminer à partir du dosage la quantité d acide sulfamique contenue dans la prise d essai..l indication portée par l étiquette est-elle vérifiée? ) On donne les zones de virage de quelques indicateurs colorés : Choisir parmi ces indicateurs celui qui convient le mieux à ce dosage. On donne : M N =1 g.mol -1, M O = 1 g.mol -1, M S =3 g.mol -1 M H =1 g.mol -1 Indicateur coloré Zone de virage de l indicateur Jaune de méthyle,9 Hélianthine 3,1, Bleu de BromoThymol 7, Jaune d alizarine 1 T.D Chimie ème M et Sc-exp Les réactions acide-base. Page : -
xercice N 1) Le tableau suivant regroupe quelques valeurs de pka des couples acide base : Couple NH + acide- base /NH 3 CH 3 NH + 3 /CH 3 NH C 5 H 5 NH + /C 5 H 5 N pka 9,5,7 5,1 Classer les trois acides par force croissante. ) Une quantité de chlorure de pyridinium C 5 H 5 NHCl, que nous noterons BHCl, est dissoute à 5 C dans l eau distillée afin d obtenir une solution aqueuse diluée (S) de concentration C, dans laquelle une très faible quantité de la forme acide BH + s est transformée en B selon l équation de la réaction : BH + + H O B + H 3 O + t où l on néglige les ions provenant de l ionisation propre de l eau devant les ions provenant de BH +. Montrer, en précisant les approximations utilisées, que le de cette solution s écrit : PH= ½ (pka logc) (1). 3) Deux flacons (A 1 ) et (A ) contiennent l un la solution S et l autre une solution S d acide fort HCl de concentration C. Ayant oublié de coller une étiquette sur chaque flacon, on se propose de reconnaître expérimentalement le contenu des deux flacons. Le -mètre étant en panne, on utilise les indicateurs colorés. Matériels nécessaire pour la réalisation des différentes expériences : - Les indicateurs colorés : (IC 1 ), (IC ) et (IC 3 ). Indicateurs colorés Teinte acide Teinte basique Jaune d alizarine (IC 1 ) Rouge : pour un 1.9 Jaune : pour un 3.3 Rouge d alizarine (IC ) Jaune : pour un 3.7 Violet : pour un 5. Vert de bromocrésol (IC 3 ) Jaune : pour un 3. Bleu : pour un 5. - verrerie : trois tubes à essai numérotés de 1 à 3. - Matériel pouvant être utile à la dilution : fiole jaugée de ml ; fiole jaugée de 50mL ; pipette à deux traits de jauge de ml ; pipette à deux traits de jauge de 1mL ; de l eau distillée. xpérience n 1 : des prélèvements de ml environ effectués dans (A ) sont introduits dans les tubes à essai n 1 et auxquels on ajoute respectivement les indicateurs colorés (IC 1 ) et (IC ). La coloration est jaune dans les deux tubes à essai. Déduire un encadrement pour le de cette solution. Ces résultats expérimentaux ne permettent pas d identifier le contenu des deux flacons. xpérience n : Un prélèvement du flacon (A ) soumis à une dilution au dixième est introduit dans un flacon (A 3 ). Un prélèvement de ml environ effectué dans (A 3 ) est introduit dans le tube à essai n 3. On y ajoute l indicateur coloré (IC 3 ). la coloration est encore jaune. a) décrire la démarche expérimentale à suivre, en précisant le matériel choisi parmi << matériel pouvant être utile à la dilution >>, pour effectuer une dilution au dixième. b) Déduire la nature du contenu du flacon (A ) et préciser la valeur de son. Calculer la concentration de cette solution. xercice N 3 On dispose de deux solutions aqueuses, l une de chlorure d hydrogène (HCl acide fort) de concentration molaire C a et l autre d acide méthanoïque (HCOOH) de concentration molaire C a. C a et C a sont inconnues. On dose séparément, un volume V= 0 ml de chacune des deux solutions par une solution d hydroxyde de sodium de concentration molaire C b. Au cours du dosage, on suit à l aide d un -mètre l évolution de du milieu réactionnel en fonction du volume V b de la solution d hydroxyde de sodium versé, On obtient les courbes (1) et () ci-contre : 1 ) a) Dire en le justifiant laquelle des deux courbes qui correspond au dosage de la solution de chlorure d hydrogène. 1 = f(v B) () (1) V B (cm 3 ) 0 0 1 T.D Chimie ème M et Sc-exp Les réactions acide-base. Page :5 -
b) Déterminer graphiquement : Le initial de la solution de chlorure d hydrogène. Calculer C a. Les coordonnées du point d équivalence correspondant au dosage du chlorure d hydrogène. Calculer la concentration C b. ) a) L acide méthanoïque est-il faible ou fort? Justifier la réponse. b) crire l équation de la réaction qui se produit au cours de son dosage. c) Dresser le tableau d avancement de cette réaction au point d équivalence. d) Justifier le caractère de la solution à l équivalence. 3 ) a) Dresser le tableau d avancement de cette réaction au point de demi-équivalence et Montre qu à la demi-équivalence le du mélange réactionnel est égal au pka du couple HCOOH/HCOO -. b) Déduire de la courbe la valeur du pka de ce couple. c) Calculer par deux méthodes différentes la concentration C a de l acide méthanoïque. ) Pour permettre la bonne immersion de l électrode du -mètre dans le mélange réactionnel on ajoute 50 ml d eau pure à 0 ml d acide méthanoïque contenu dans le bêcher et on refait le dosage. a) Préciser en le justifiant l effet de cette dilution sur les valeurs relatives au : Volume de la solution basique ajoutée pour atteindre l équivalence. du mélange réactionnel à la demi-équivalence. b) Montrer que le du mélange réactionnel à l équivalence est donné par la relation suivante : = 1 (pka + pke + logc ), On donnera l expression de C, C étant la concentration de l ion méthanoate HCOO - à l équivalence et Ka la constante d acidité du couple HCOOH/HCOO -. Calculer la valeur de à l équivalence à la suite de cette dilution. xercice N Dans un examen de travaux pratiques, un groupe de trois élèves est chargé d effectuer le dosage d un volume Va= 0mL d une solution d acide acétique CH 3 COOH ( pka 1 =, et C 1 =0,1molL -1 ) puis d un même volume d acide méthanoique HCOOH (pka =3, et C =0,1molL -1 ). Pour ces deux dosages, on utilise la même solution aqueuse d hydroxyde de sodium NaOH, base forte de concentration C b =0,1molL -1. Sur la figure ci-contre sont portées les deux courbes de dosage où la courbe (1) correspond au dosage de CH 3 COOH et la courbe () pour HCOOH. Désignons par AH l un des deux = f(vb) acides faibles. L équation de la réaction 1 chimique au cours du dosage, supposé total, est : AH + OH - A - + H O. Le du mélange rèactionnel à l équivalence,75 peut être donné par la relation suivante : 1 = 1.(pKa+pKe+logC). C étant la concentration de la base A - et Ka la Courbe 1 constante d acidité de son acide conjugué AH. 1 )L exploitation des résultats des mesures Courbe effectuéées au cours des deux dosages a été,9 abordée différemment par les trois candidats et, ce dans le but de classer les deux acides étudiés par force croissante. Vb (ml) a- le premier élève a comparé les des 0 0 1 deux solutions acides avant l ajout de la base. b- le second s est interessé aux valeurs des à la demi- equivalence. c- Le troisième a étudié les valeurs des à l équivalence. Donner la classification obtenue par chaque candidat en justifiant à chaque fois la démarche utilisée. ) On prélève à l aide d une pipette un volume Va= ml de la solution aqueuse de l acide éthanoïque. On prépare une solution (S) en ajoutant dans un becher un volume x d eau pure à la prise d essai Va. On dose la solution (S) de volume total V=(Va+x), par la même base que précédemment, on constate que la valeur du à l équivalence diffère de 0, de la valeur obtenue au cours du dosage décrit à la question (1). T.D Chimie ème M et Sc-exp Les réactions acide-base. Page : -,5
a- indiquer si cette variation du est une diminution ou une augmentation.déterminer x. b-calculer la valeur du de (S) avant l ajout de la base forte. xercice N 5 I- On dispose d'une solution aqueuse (S B ) d'une base (B) de concentration C B =,. - mol.l -1 à 5 C. Le produit ionique de l eau pure est Ke = -1. I- A un prélèvement de ml de (S B ), on ajoute quelques gouttes d'un indicateur colore ayant une zone de virage définie par le schéma suivant : Jaune Bleu La coloration de la solution est verte. 1 ) Qu'appelle-t-on un indicateur colore? 11, 13, ) ncadrer la valeur du de (S B ). 3 ) n déduire que la base (B) est faible. Vert II- A un prélèvement d'un volume V B = 0 ml de (S B ), on verse progressivement une solution (S A ) d ' acide chlorhydrique de concentration molaire C A. L étude de la variation du en fonction du volume V A d'acide verse permet de dresser le tableau suivant avec V A () le volume d acide ajouté à l équivalence. V A (cm 3 ) du mélange 0 11,9 V A ()= 17,,1,,9 1 ) Tracer l'allure de la courbe = f(v A ) et placer les points relatifs au mesures indiquées dans le tableau. ) a- Définir l équivalence acido-basique. b- Déterminer la concentration molaire de la solution (S A ) d ' acide chlorhydrique. c- Justifier le caractère acide de la solution obtenue à l équivalence. 3 ) Qu appelle-t-on la solution obtenue à la demi équivalence? Donner ses propriétés. ) a- crire l équation-bilans de la réaction de dosage. b- Déterminer graphiquement le pka du couple (BH + /B). c- Calculer la constante d équilibre K de cette réaction et conclure. 5 ) Calculer les concentrations des différentes espèces chimiques dans le mélange obtenu à la demi-équivalence. T.D Chimie ème M et Sc-exp Les réactions acide-base. Page :7 -