TP chimie N° 07 Réactions acido-basiques. Correction, Première S

TP Chimie N° 07

Réactions acido-basiques.

Correction

Enoncé

Objectifs :

- Mettre en évidence une réaction acido-basique.

- Introduire la notion de couple acide / base.

I - Passage de l'acide à la base dans le cas d'un indicateur coloré.

1)- Réalisation des tyransformations chimiques.

2)- Notion d'acide et de base selon Bronsted.

II - Réaction entre l'acide chlorhydrique et le benzoate de sodium.

1)- Expérience.

2)- Compte-rendu.

3)- Coupes acide-base.

4)- Réaction entre l’acide chlorhydrique et le B.B.T.

5)- Réaction entre une solution aqueuse d’hydroxyde de sodium (soude) et le B.B.T

III - Réaction entre l'acide benzoïque et la soude.

1)- Expérience.

2)- Compte-rendu.

IV - Réaction mettant en jeu les ions hydrogénocarbonate et les ons carbonate.

1)- Le dioxyde de carbone en solution aqueuse.

2)- Hydrogénocarbonate de sodium et carbonate de sodium.

I- Passage réciproque de l’acide à la base dans le cas des indicateurs colorés.

1)- Réalisation des transformations chimiques.

- Le bleu de bromothymol (B.B.T) est un colorant organique qui peut se présenter,

en solution aqueuse sous deux formes de couleurs différentes.

- Lorsque la solution est jaune, le B.B.T est sous sa forme acide notée H In _(aq).

- Lorsque la solution est bleue, le B.B.T est sous sa forme basique notée In ^–_(aq).

a)- Expérience 1 :

Mode opératoire :

- Dans un tube à essais, introduire quelques mL de solution de B.B.T de forme basique bleue.

- On donne à la solution la formule suivante : Na ⁺_(aq). + In ^–_(aq).

- Ajouter une solution d’acide éthanoïque de formule CH₃COOH _(aq) à l’aide d’un compte-gouttes.

- Observer l’évolution de la couleur de la solution obtenue au cours de l’ajout.

Faire des schémas légendés des différentes situations.

- Au fur et à mesure que l’on ajoute la solution d’acide éthanoïque (incolore),

- Le mélange réactionnel change de couleur.

- Lorsque la solution est jaune, le B.B.T est sous sa forme acide notée H In _(aq).

- Au cours de la réaction, il se forme la molécule H In _(aq).

- Quelle espèce chimique formée au cours de la transformation chimique peut-on identifier ?

- Recopier et compléter l’équation chimique suivante :

In ^–_(aq) + CH₃COOH _(aq) → ……..……. + ……….….

Réponses :

- On ajoute de l’acide acétique, la solution passe du bleu au vert,

- puis au jaune (forme acide du B.B.T).

- En conséquence, au cours de la réaction,

- il se forme l’espèce chimique H In _(aq).

- L’ion Na⁺_(aq) est spectateur, il ne participe pas à la réaction,

- il assure la neutralité électrique de la solution.

- Équation de la réaction :

In^–_(aq) + CH₃COOH _(aq) → HIn _(aq) + CH₃COO^– _(aq)

b)- Expérience 2 :

Dans un tube à essais, introduire quelques mL de solution de B.B.T de forme acide jaune.

- Ajouter une solution d’ammoniac de formule NH₃ _(aq) à l’aide d’un compte-gouttes.

- Observer l’évolution de la couleur de la solution obtenue au cours de l’ajout.

Faire des schémas légendés des différentes situations.

- Au fur et à mesure que l’on ajoute la solution d’ammoniac (incolore),

- le mélange réactionnel change de couleur.

- Lorsque la solution est bleue,

- le B.B.T est sous sa forme basique notée In^–_(aq).

- Au cours de la réaction, il se forme l’ion In^–_(aq).

- Quelle espèce chimique formée au cours de la transformation chimique peut-on identifier ?

- Recopier et compléter l’équation chimique suivante :

H In _(aq) + NH₃ _(aq) → ……..……. + ……….….

Réponses : on ajoute de la solution d’ammoniac,

- la solution passe du jaune au vert,

- puis au bleu (forme basique du B.B.T).

- En conséquence, au cours de la réaction,

- il se forme l’espèce chimique In ^–_(aq).

- Équation de la réaction :

H In _(aq) + NH₃ _(aq) → In^–_(aq) + NH₄⁺ _(aq)

2)- Notion d’acide et de base selon Bronsted.

a)- Interprétation de l’expérience 1 :

- Au cours de la transformation chimique qui a lieu lors de l’expérience 1 (reproduire le tableau et cocher les bonnes cases) :

L’ion In^–		La molécule CH₃COOH
□ a gagné	□ un atome d’hydrogène	□ a gagné	□ un atome d’hydrogène
	□ un proton H⁺		□ un proton H⁺
□ a perdu		□ a perdu
	□ un anion H^–		□ un anion H^–

L’ion In^–		La molécule CH₃COOH
x a gagné	□ un atome d’hydrogène	□ a gagné	□ un atome d’hydrogène
	x un proton H⁺		x un proton H⁺
□ a perdu		x a perdu
	□ un anion H^–		□ un anion H^–

b)- Conclusions et définitions :

- La molécule CH₃COOH a perdu un proton H⁺

- pour donner l’espèce chimique CH₃COO^– (ion acétate ou éthanoate) :

- La molécule CH₃COOH est un acide au sens de Bronsted.

- L’ion In^– a gagné un proton H⁺ pour donner l’espèce chimique HIn :

- L’ion In^– est une base selon Bronsted.

- Définitions :

- Un acide est une espèce chimique capable de céder au moins un proton H⁺.

- Une base est une espèce chimique capable de capter au moins un proton H⁺.

- Pour le B.B.T, on peut donner l’écriture formelle suivante :

In ^– + H⁺ → HIn

- Cette écriture est une schématisation,

- elle ne traduit pas effectivement ce qui se passe en solution.

- Le proton H⁺ n’existe pas en solution aqueuse, il est solvaté.

- De même pour l’acide éthanoïque on peut donner une écriture formelle :

CH₃COOH → H⁺ + CH₃COO^–

- La réaction entre l’ion In ^– et la molécule CH₃COOH s’interprète

- comme un transfert de proton entre la molécule CH₃COOH et l’ion In^– :

- c’est une réaction acido-basique.

- Définition :

- Une réaction qui met en jeu un transfert de protons H⁺ entre ses réactifs

- est une réaction acido-basique.

3)- Couple acide / base :

a)- Interprétation de l’expérience 2 :

- Au cours de la transformation chimique qui a lieu lors de l’expérience 2 (reproduire le tableau et cocher les bonnes cases) :

La molécule H In		La molécule NH₃
□ a gagné	□ un atome d’hydrogène	□ a gagné	□ un atome d’hydrogène
	□ un proton H⁺		□ un proton H⁺
□ a perdu		□ a perdu
	□ un anion H^–		□ un anion H^–

La molecule H In		La molécule NH₃
□ a gagné	□ un atome d’hydrogène	x a gagné	□ un atome d’hydrogène
	x un proton H⁺		x un proton H⁺
x a perdu		□ a perdu
	□ un anion H^–		□ un anion H^–

b)- Conclusions. Donner les écritures formelles pour chaque cas :

- Écrire les autres couples acide / base qui interviennent, ainsi que les demi-équations correspondantes.

- La molécule HIn a perdu un proton H⁺ pour donner

- l’espèce chimique In ^– (ion acétate ou éthanoate) :

- La molécule H In est un acide au sens de Bronsted.

HIn → In ^– + H⁺

- La molécule NH₃a gagné un proton H⁺ pour donner

- l’espèce chimique NH₄⁺:

- La molécule NH₃ est une base selon Bronsted.

NH₃+ H⁺ → NH₄⁺

- Selon les conditions expérimentales,

- il est possible de passer de l’acide HIn

- à la base In^– ou de réaliser la transformation inverse.

- Les deux espèces HIn et In^– sont dites espèces acide et base conjuguées.

- Elles forment un couple acide base que l’on note :

- H In / In ^–.

- Au couple acide / base H In / In ^–,

- on associe la demi-équation acido-basique suivante :

HIn = In ^– + H⁺

- Le signe égal traduit la possibilité de passer d’une forme à l’autre selon les conditions expérimentales.

^-Couple : CH₃COOH / CH₃COO^–

CH₃COOH = H⁺ + CH₃COO^–

_-Couple : NH₄⁺ / NH₃

NH₄⁺ = H⁺ + NH₃

4)- Réaction entre l’acide chlorhydrique et le B.B.T.

a)- Expérience :

Dans un tube à essais, introduire quelques mL de solution de B.B.T de forme basique bleue.

- On donne à la solution la formule suivante : Na ⁺_(aq). + In ^–_(aq).

- Ajouter quelques gouttes d’acide chlorhydrique (H₃O⁺_(aq). + Cl ^–_(aq).) .

- Observer l’évolution de la couleur de la solution obtenue au cours de l’ajout.

b)- Compte-rendu.

Faire des schémas légendés des différentes situations.

- Au fur et à mesure que l’on ajoute la solution d’acide chlorhydrique (incolore),

- le mélange réactionnel change de couleur.

- Lorsque la solution est jaune, le B.B.T est sous sa forme acide notée H In _(aq).

- Au cours de la réaction, il se forme la molécule H In _(aq).

- Quelle espèce chimique formée au cours de la transformation chimique peut-on identifier ?

- D’où provient cette espèce chimique ?

- Écrire l’équation de la réaction qui se produit. Donner les couples acide / base qui interviennent.

- Donner les écritures formelles. Qualifier cette réaction.

Réponses :

- On ajoute de l’acide chlorhydrique, la solution passe du bleu au vert,

- puis au jaune (forme acide du B.B.T).

- En conséquence, au cours de la réaction,

- il se forme l’espèce chimique H In _(aq).

- L’ion Na⁺_(aq) est spectateur, il ne participe pas à la réaction,

- il assure la neutralité électrique de la solution comme l’ion chlorure Cl ^– _(aq.

- D’après la formulation de l’acide chlorhydrique,

- le proton H⁺ ne peut provenir que de l’ion oxonium H₃O⁺.

- En perdant un proton, il donne de l’eau H₂O.

- Équation de la réaction :

In ^–_(aq) + H₃O⁺ _(aq) → HIn _(aq) + H₂O

- Il y a un transfert de proton : c’est une réaction acido-basique.

- Les couples : HIn / In ^– et H₃O⁺ / H₂O

- Schéma formel :

In ^– + H⁺ = HIn

H₃O⁺ = H⁺ + H₂O

- Une réaction acido-basique est bien un transfert de proton

- entre un acide d’un couple et la base d’un autre couple.

5)- Réaction entre une solution aqueuse d’hydroxyde de sodium (soude) et le B.B.T.

a)- Expérience :

Dans un tube à essais, introduire quelques mL de solution de B.B.T de forme acide jaune.

- Ajouter quelques gouttes une solution de soude de formule (Na ⁺_(aq) + HO ^–_(aq)).

- Observer l’évolution de la couleur de la solution obtenue au cours de l’ajout.

b)- Compte-rendu.

Faire des schémas légendés des différentes situations.

- Quelle espèce chimique formée au cours de la transformation chimique peut-on identifier ?

- D’où provient cette espèce chimique ?

- Écrire l’équation de la réaction qui se produit. Donner les couples acide / base qui interviennent.

- Donner les écritures formelles. Qualifier cette réaction.

Réponses :

- On ajoute de la soude, la solution passe du jaune au vert,

- puis au bleu (forme basique du B.B.T).

- En conséquence, au cours de la réaction,

- il se forme l’espèce chimique In ^–_(aq).

- L’ion Na ⁺_(aq) est spectateur, il ne participe pas à la réaction,

- il assure la neutralité électrique de la solution.

- Ce sont les ions hydroxyde HO ^– qui captent un proton

- pour donner des molécules d’eau H₂O.

- Équation de la réaction :

HIn _(aq) + HO^–_(aq) → In^–_(aq) + H₂O

- Il y a un transfert de proton : c’est une réaction acido-basique.

- Les couples : HIn / In^– et H₂O / HO^–

- Schéma formel :

In ^– + H⁺ = HIn

H₂O = H⁺ + HO ^–

- Une réaction acido-basique est bien un transfert de proton

- entre un acide d’un couple et la base d’un autre couple.

II- Réaction entre l’acide chlorhydrique et le benzoate de sodium.

1)- Expérience :

Mode opératoire :

- Dans un tube à essais, verser 2 mL de solution de benzoate de sodium de concentration C = 0,10 mol / L.

- Ajouter petit à petit par 0,50 mL, à l’aide d’une pipette graduée munie de sa propipette, 2 mL

d’acide chlorhydrique de concentration C = 1,0 mol / L.

2)- Compte-rendu :

Faire des schémas légendés.

- Quelle espèce chimique formée au cours de la transformation chimique peut-on identifier sachant

que l’acide benzoïque est peu soluble dans l’eau ?

- écrire l’équation bilan de la réaction qui se produit.

- On indique que les ions Na ⁺_(aq) et Cl ^– _(aq. sont spectateurs et que le benzoate de sodium a la formule suivante en solution aqueuse :

- (Na ⁺_(aq) + C₆H₅COO ^– _(aq)).

- Donner les couples acide / base qui interviennent. Donner les écritures formelles. Qualifier cette réaction.

Réponses :

- Équation de la réaction chimique :

H₃O⁺ _(aq) + C₆H₅COO ^– _(aq) → C₆H₅COOH _(aq) + H₂O

- L’ion benzoate a capté un proton pour donner l’acide benzoïque.

- L’ion benzoate est une base.

^-Couple acide / base : C₆H₅COOH / C₆H₅COO ^–

- Schéma formel : C₆H₅COOH = H⁺ + C₆H₅COO ^–

- L’ion oxonium H₃O⁺ a perdu un proton : c’est un acide.

- Couple acide / base : H₃O⁺/ H₂O

- Schéma formel : H₃O⁺ = H⁺ + H₂O

III- Réaction entre l’acide benzoïque et la soude.

1)- Expérience :

Mode opératoire :

- Étape 1 : dans un tube à essais, déposer 2 cristaux d’acide benzoïque. Ajouter de l’eau distillée et agiter.

- Étape 2 : ajouter goutte à goutte de la soude de concentration c = 1,0 mol / L. Agiter entre chaque ajout.

2)- Compte-rendu :

Qu’observe-t-on lors de l’étape 1 ? De l’étape 2 ? Conclure.

- Quelle espèce chimique est formée au cours de la transformation chimique.

- écrire l’équation bilan de la réaction qui se produit.

- On indique que les ions Na ⁺_(aq) et Cl ^– _(aq) sont spectateurs.

- Donner les couples acide / base qui interviennent. Donner les écritures formelles. Qualifier cette réaction.

Réponses :

- Équation de la réaction chimique :

HO ^–_(aq) + C₆H₅COOH _(aq)) → C₆H₅COO^– _(aq) + H₂O

- Lors de l’ajout de soude, l’acide benzoïque disparait

- pour donner les ions benzoate soluble dans l’eau.

- Il y a un transfert de proton de l’acide benzoïque

- vers les ions hydroxyde HO ^–.

- L’acide benzoïque cède un proton :

- c’est une espèce chimique acide.

- L’ion hydroxyde capte un proton : c’est une base.

^-Couple acide / base : C₆H₅COOH / C₆H₅COO ^–

^-Schéma formel : C₆H₅COOH = H⁺ + C₆H₅COO ^–

- Couple acide / base : H₂O / HO ^–

^-Schéma formel : H₂O = H⁺ + HO ^–

IV- Réaction mettant en jeu les ions hydrogénocarbonate et carbonate.

1)- Le dioxyde de carbone en solution aqueuse.

Expérience :

- Dans un tube à essais, verser 1 mL de B.B.T (bleu) et 2 mL d’eau distillée.

- Faire buller du dioxyde de carbone en soufflant avec une paille.

Observations et interprétation.

- Écrire l’équation bilan de la réaction sachant que l’on obtient des ions hydrogénocarbonate de formule : HCO₃^–

Réponses :

- La solution prend une teinte jaune.

- Il se forme : H In.

In ^–_(aq) + (CO₂, H₂O) → HIn _(aq) + HCO₃^– _(aq)

_-L’espèce (CO₂, H₂O) perd un proton, c’est un acide pour donner l’ion HCO₃^– _.

- C’est une réaction acido-basique.

^-Couples : (CO₂, H₂O) / HCO₃^– et HIn / In^–

2)- Hydrogénocarbonate de sodium et carbonate de sodium.

Mode opératoire :

- Tube à essais A :

- Verser 2 mL d’eau distillée et une pincée d’hydrogénocarbonate de sodium.

- Agiter et ajouter 1 à 2 gouttes de phénolphtaléine.

- Tube à essais B :

- Verser 2 mL de solution diluée de carbonate de sodium.

- Ajouter 1 à 2 gouttes de phénolphtaléine.

Faire les schémas légendés. Indiquer les observations.

Expérience :

- Prendre le tube A, adapter un tube à dégagement et chauffer le tube A.

- Plonger le tube à dégagement dans le tube B.

- Sortir le tube à dégagement du tube B avant d’arrêter le chauffage.

Faire les schémas légendés.

- Indiquer les observations.

- Interpréter le phénomène sachant que la phénolphtaléine est incolore en milieu acide et rose fuchsia en milieu basique.

- En chauffant, il se dégage du dioxyde de carbone qui passe dans la solution B.

- L’espèce (CO₂, H₂O) réagit avec les ions carbonate CO₃^{2 –}.

- Tube B :

- Équation de la réaction :

(CO₂, H₂O) + CO₃^{2 –} _(aq) → HCO₃^– _(aq) + HCO₃^– _(aq)

- On est en présence d’une réaction acido-basique.

- L’espèce chimique (CO₂, H₂O) cède un proton :

- c’est un acide. L’espèce HCO₃^– est sa base conjuguée.

- L’espèce HCO₃^– est un ampholyte.

- Il peut se comporter comme un acide dans un couple

- et une base dans un autre couple.

- Couples acide / base : (CO₂, H₂O) / HCO₃^– et HCO₃^– / CO₃^{2 –}.

- Tube A :

- En chauffant, il se produit la réaction suivante qui donne

- un dégagement de dioxyde de carbone :

HCO₃^– _(aq) + HCO₃^– _(aq) → (CO₂, H₂O) + CO₃^{2 –} _(aq)

- Couples mises en jeu : (CO₂, H₂O) / HCO₃^– et HCO₃^– / CO₃^{2 –}

- Schémas formels :

HCO₃^– _(aq) = H⁺ + CO₃^{2 –} _(aq)

HCO₃^– _(aq) + H⁺ = (CO₂, H₂O)