Cours :

Chap N° 01 Transformations acido-basiques

Chap N° 13 Réaction chimique par échange de proton

Chimie N° 05 Réactions acido-basiques

Chimie N° 06 Dosages acido-basiques

Chap N° 02 Réaction entre un acide fort et une base forte

I- Réaction entre l’acide chlorhydrique et la soude (rangée 1).

1)- Étude qualitative.

Écrire l’équation de la réaction entre l’acide chlorhydrique et l’eau.

HCl (g)  +  H₂O  (ℓ)   →  H₃O⁺ (aq)  +  Cl ^–   (aq)  (1)

Quelles sont les espèces présentes dans la solution d’acide chlorhydrique ?

- Espèces présentes : H₃O⁺ (aq) et Cl ^–  (aq)et HO ^–  (aq) (ultra minoritaire).

- On note (H₃O⁺ (aq)  +  Cl ^–   (aq)) la solution d’acide chlorhydrique.

  La soude est une solution aqueuse d’hydroxyde de sodium.

- L’hydroxyde de sodium est un composé ionique (solide blanc) qui réagit totalement avec l’eau.

- On donne l’équation simplifiée :

- Il découle de ceci que l’espèce NaOH n’existe pas en solution aqueuse.

-  L’ion sodium Na⁺  ne réagit pas avec l’eau. 

-  Il n’a pas de propriété acide.

-  On dit que l’ion sodium  Na⁺  est un ion indifférent, il est spectateur.

2)- Dispositif expérimental. 

-  Faire un schéma légendé du dispositif expérimental

3)- Manipulation.

Étalonner le pH-mètre.

- Mettre la solution de soude dans la burette graduée (repère 0).

- Verser dans un bécher un certain volume de la solution d'acide chlorhydrique.

- En prélever un volume V_A = 10 mL de la solution à l'aide de la pipette jaugée (10 mL) et les verser dans un autre bécher ou un erlenmeyer.

- Ajouter environ 10 mL d'eau distillée pour que la sonde du pH-mètre soit totalement immergée.

- Ajouter quelques gouttes d’un indicateur coloré (B.B.T, phénolphtaléine ou hélianthine).

- Placer le barreau aimanté et maintenir une agitation douce.

4)- Mesures.

- Verser progressivement la solution de soude dans la solution d'acide et relever la valeur du pH après chaque ajout.

- Adapter les volumes V_B versés aux variations de pH

- Placer les résultats dans un tableau du type ci-dessous. Il est conseillé de prendre une feuille de brouillon.

5)- étude des courbes obtenues.

Tracer le graphe pH = f (V_B) sur papier millimétré pour les deux acides étudiés.

- Commenter les courbes obtenues.

- Montrer que l’on peut décomposer chaque graphe en trois parties distinctes. 

- Donner les caractéristiques de chaque partie et justifier l’aspect de chaque partie en indiquant quel est le réactif en excès et le réactif limitant.

- Caractéristiques du graphe pH = f (V_B) :

- Le pH augmente lors de l’addition d’un volume V_B de soude.

  Partie AB de la courbe : au départ, le pH est faible. 

 -  Il augmente d’abord lentement car l’acide est en excès par rapport à la base.

  -   La base est le réactif limitant.

  Partie BC de la courbe :

 -  Le pH augmente d’autant plus que l’excès d’acide se réduit. 

 - On observe un saut de pH de plusieurs unités.

 -  Ce saut de pH provient du changement de réactif limitant. 

 - On est aux alentours de l’équivalence.

 - Dans la partie BC, la courbe change de concavité, elle possède un point d’inflexion E. 

 - Ce point particulier est appelé point d’équivalence, noté E.

 - En ce point, on change de réactif limitant.

  - On passe d’un excès d’acide à un excès de base.

  Partie CD de la courbe :

 - Dans cette zone, l’acide est le réactif limitant et la base est le réactif en excès. 

 - Cet excès impose un pH dont la valeur est élevée.

 - Le pH augmente à nouveau lentement puis se stabilise.

6)- Étude de l’équivalence.

a)- Équation de la réaction.

Écrire l’équation de la réaction entre l’acide chlorhydrique et la soude.

- il se produit la réaction :  

H₃O⁺ (aq)  +  HO ^–   (aq)    =  2  H₂O  (ℓ)

Calculer la constante d’équilibre de cette réaction. Cette réaction convient-elle pour un dosage ? Justifier.

- C’est la réaction inverse de l’autoprotolyse de l’eau.

-  La constante d’équilibre de cette réaction est  :

- 

- cette réaction est quasi totale car  K  >  10 ⁴ .

- On peut écrire :

H₃O⁺ (aq)  +  HO ^–   (aq)    →  2  H₂O  (ℓ)

- Cette réaction convient pour un dosage car elle est rapide, unique, quasi totale.

- Remarque :

À l’équivalence, la solution obtenue est une solution de chlorure de sodium. 

- Cette solution est neutre car elle contient des ions indifférents Na⁺  et  Cl ^–   

b)- Tableau d’avancement de la réaction : dresser le tableau d’avancement de la réaction.

- Au départ, c’est l’acide qui est en excès (partie du graphe AB). 

- Lorsque les réactifs sont pratiquement dans les proportions stœchiométriques on observe un saut de pH (partie BC de la courbe). 

- Puis la soude est en excès (partie CD de la courbe).

c)- Volume de soude versée à l’équivalence :

Définir l’équivalence et calculer le volume V _BE de soude versée à l’équivalence.

- il y a équivalence lorsque les réactifs ont été mélangés dans les proportions stœchiométriques de la réaction.

Que se passe-t-il lorsque le volume de soude versée est égal à V _BE sur le graphe ?

- lorsque le volume de soude versée est égal à V _BE , on observe un saut de pH. 

- À la goutte près, le système évolue d’un milieu franchement acide, à un milieu franchement basique.

d)- Détermination graphique du point d’équivalence E :

Le point d’équivalence est le point d’inflexion de la courbe pH = f (V _B). 

- On utilise la méthode des tangentes ou la fonction dérivée  pour déterminer ses coordonnées.

- Au point d’équivalence, on change de réactif limitant et la courbe change de concavité.

- Le point d’équivalence est caractérisé par ses coordonnées : pH_E et V_BE.

- La méthode des tangentes donne les résultats suivants :

- Remarque : il y a un problème avec la concentration de la solution d’acide chlorhydrique.

e)- Valeur du pH à l’équivalence : donner la valeur du pH à l’équivalence pH_E à l’aide du graphe.

- Valeur du pH à l’équivalence : pH_E  = 7,0 à 25 °C.

II- Réaction entre l’acide éthanoïque et la soude (rangée 2).

1)- Étude qualitative.

Écrire l’équation de la réaction entre l’acide éthanoïque et l’eau.

CH₃COOH (aq)  +  H₂O  (ℓ)   =  H₃O⁺ (aq)  +  CH₃COO ^–   (aq)

- Quelles sont les espèces présentes dans la solution d’acide éthanoïque sachant que le pK _A = 4,8 ?

- pK_A = 4,8  =>  K_A =  10 ^{– 4,8}  =>  K_A ≈ 1,6 x 10 ^{– 5}  

- La réaction entre l’acide éthanoïque et l’eau est une réaction limitée. 

- La solution contient  principalement des molécules d’acide éthanoïque et un peu des ions éthanoate et des ions oxonium. 

- On note la solution d’acide éthanoïque : CH₃COOH (espèce majoritaire).

  La soude est une solution aqueuse d’hydroxyde de sodium.

- L’hydroxyde de sodium est un composé ionique (solide blanc) qui réagit totalement avec l’eau.

- On donne l’équation simplifiée :

- Il découle de ceci que l’espèce NaOH n’existe pas en solution aqueuse.

- L’ion sodium Na ⁺  ne réagit pas avec l’eau. 

- Il n’a pas de propriété acide.

- On dit que l’ion sodium Na ⁺  est un ion indifférent, il est spectateur.

2)- Dispositif expérimental. 

- Faire un schéma légendé du dispositif expérimental

3)- Manipulation.

Étalonner le pH-mètre.

- Mettre la solution de soude dans la burette graduée (repère 0).

- Verser dans un bécher un certain volume de la solution d'acide éthanoïque.

- En prélever un volume V_A = 10 mL de la solution à l'aide de la pipette jaugée (10 mL) et les verser dans un autre bécher ou un erlenmeyer.

- Ajouter environ 10 mL d'eau distillée pour que la sonde du pH-mètre soit totalement immergée.

- Ajouter quelques gouttes d’un indicateur coloré (B.B.T, phénolphtaléine ou hélianthine).

- Placer le barreau aimanté et maintenir une agitation douce.

4)- Mesures.

- Verser progressivement la solution de soude dans la solution d'acide et relever la valeur du pH après chaque ajout. 

- Adapter les volumes V_B versés aux variations de pH.

- Placer les résultats dans un tableau du type ci-dessous. Il est conseillé de prendre une feuille de brouillon.

5)- étude des courbes obtenues.

Tracer le graphe pH = f (V_B) sur papier millimétré pour les deux acides étudiés.

Commenter les courbes obtenues. Montrer que l’on peut décomposer chaque graphe en trois parties distinctes. 

- Donner les caractéristiques de chaque partie et justifier l’aspect de chaque partie en indiquant quel est le réactif en excès et le réactif limitant.

- Caractéristiques du graphe pH = f (V _B) :

-  Le pH augmente lors de l’addition d’un volume V_B de soude.

  Partie AB de la courbe : au départ, le pH est faible,  l’acide est en excès par rapport à la base.

- La base est le réactif limitant.

 -    Dans la partie AB, la courbe change de concavité.

 Partie BC de la courbe :

 -  le pH augmente d’autant plus que l’excès d’acide se réduit.

- On observe un saut de pH. Ce saut de pH provient du changement de réactif limitant. 

- On est aux alentours de l’équivalence.

- Dans la partie BC, la courbe change de concavité, elle possède un point d’inflexion E. 

- Ce point particulier est appelé point d’équivalence, noté E.

 -  En ce point, on change de réactif limitant. 

- On passe d’un excès d’acide à un excès de base.

  Partie CD de la courbe :

 - Dans cette zone, l’acide est le réactif limitant et la base est le réactif en excès. 

- Cet excès impose un pH dont la valeur est élevée. 

- Le pH augmente à nouveau lentement puis se stabilise.

6)- Étude de l’équivalence.

a)- Équation de la réaction entre l’acide éthanoïque et la soude.

Écrire l’équation de la réaction entre l’acide éthanoïque et la soude.

- il se produit la réaction : 

CH₃COOH _(aq)  +  HO ^–  _(aq)  =  CH₃COO ^–  _(aq)  +  H₂O  _(ℓ)   

Calculer la constante d’équilibre de cette réaction. Cette réaction convient-elle pour un dosage ? Justifier.

- 

- cette réaction est quasi totale car  K  >  10 ⁴ .

- On peut écrire :

CH₃COOH (aq)  +  HO ^–  (aq)  →  CH₃COO ^–  (aq)  +  H₂O  (ℓ)

- Cette réaction convient pour un dosage car elle est rapide, unique, quasi totale.

-  Remarque :

À l’équivalence, la solution obtenue est une solution d’éthanoate de sodium de sodium. 

- Cette solution est  basique car elle contient des ions éthanoate CH₃COO ^–   (base) et les ions Na ⁺ qui sont indifférents.

b)- Tableau d’avancement de la réaction :

- dresser le tableau d’avancement de la réaction.

- Au départ, c’est l’acide qui est en excès (partie du graphe AB). 

- Lorsque les réactifs sont pratiquement dans les proportions stœchiométriques on observe un saut de pH ( partie BC de la courbe). 

- Puis la soude est en excès (partie CD de la courbe).

c)- Volume de soude versée à l’équivalence :

Définir l’équivalence et calculer le volume V_BE de soude versée à l’équivalence.

- Il y a équivalence lorsque les réactifs ont été mélangés dans les proportions stœchiométriques de la réaction.

Que se passe-t-il lorsque le volume de soude versée est égal à V_BE sur le graphe ?

- lorsque le volume de soude versée est égal à V_BE , on observe un saut de pH. 

- À la goutte près, le système évolue d’un milieu franchement acide, à un milieu franchement basique.

d)- Détermination graphique du point d’équivalence E :

Le point d’équivalence est le point d’inflexion de la courbe pH = f (V_B).

- On utilise la méthode des tangentes ou la fonction dérivée pour déterminer les coordonnées du point équivalent E.

- Les coordonnées du point d’équivalence sont obtenues grâce à la méthode des tangentes.

e)- Valeur du pH à l’équivalence : donner la valeur du pH à l’équivalence pH_E à l’aide du graphe.

- pH_E ≈ 8,3

À l’équivalence, la solution obtenue est une solution d’éthanoate de sodium.