TP 6 chimie : Terminale Suivi pHmétrique de la réaction de l`acide

TP 6 chimie : Terminale Suivi pHmétrique de la réaction de l’acide éthanoïque avec une solution
de soude
Objectifs :
Etudier l’évolution du pH d’une solution d’acide éthanoïque CH3COOH lors de l’ajout progressif d’une solution
d’hydroxyde de sodium.
Déterminer expérimentalement l’équivalence
Matériels :
pHmètre et accessoire
Produits :
-
I.
burette graduée de 25 mL
agitateur magnétique + barreau aimanté
pipette jaugée de 20 mL + propipette
ordinateur + interface
becher de 250 mL
-
-
Solutions tampon 7,0 et 4,0
Solution d’acide éthanoïque à 1,0.10-1 mol.L-1
Solution de soude à 1,0.10-1 mol.L-1
Eau distillée
Suivi pHmétrique:
- Etalonner le pHmètre à l’aide des solutions tampon 7,0 et 4,0
- Rincer la burette à l’aide de la solution de soude de concentration Cb =1,0.10-1 mol.L-1 puis faire le zéro
- A l’aide de la pipette jaugée de 20 mL et la propipette introduire Va= 20 mL de la solution d’acide éthanoïque
de concentration Ca = 1,0.10-1 mol.L-1 dans un becher.
- Verser la solution de soude dans le becher, en agitant, et relever la valeur du pH pour chaque volume ajouté :
Vb(mL)
0
0,5
1
1,5
2
2.5
3
3,5
4
4,5
5
5,5
11
12
13
14
16
17
18
18,5
19
19,5 20 20,5
6
6,5
7
21
21,5 22
8
9
10
23
24
25
pH
Vb(mL)
pH
-
Faire le schéma annoté du dispositif expérimental.
II. Etude préliminaire :
II.1. pour Vb = 5 mL, on lit pH = …………………
A l’aide du tableau d’avancement de la réaction, calculer les concentrations des espèces en solution
Equation
Quantité de matière dans l’état
initial (mol)
Quantité de matière au cours
de la transformation (mol)
Quantité de matière attendue
dans l’état final (mol)
II.2.
En déduire le taux d’avancement de la réaction. Conclure
II.3. A l’aide du tableau d’avancement de la réaction, prévoir le volume de soude nécessaire pour atteindre
l’équivalence
Equation
Quantité de matière dans l’état
initial (mol)
Quantité de matière au cours
de la transformation (mol)
Quantité de matière attendue
dans l’état final (mol)
III. Exploitations du graphe :
III.1. Tracer sur le graphe la courbe donnant le pH en fonction du volume de base ajouté.
Echelles : 1 cm ⇔ 1 pH et 1 cm ⇔ 1 mL
III.2. Repérer sur le graphe les coordonnées du point équivalent, calculé dans l’étude préliminaire.
III.3. Ce point correspond, en mathématique à un point d’inflexion, que l’on peut déterminer expérimentalement
par deux méthodes :
☺ par la méthode des tangentes : on trace deux tangentes parallèles à la courbe pH = f ( vb ) . L'intersection de la
médiatrice et de la courbe donne le point équivalent dont on peut lire les coordonnées.
• Retrouvez par cette méthode des tangentes le pH à l'équivalence pHe et le volume de base versé à l'équivalence
Vbe
pHe= …………………..
Vbe = ………………………
☺ par la méthode des dérivées : le point équivalent correspond à un point d'inflexion , on peut calculer la dérivée du
pH par rapport au volume (
Comment déterminer (
•
dpH
) , le point équivalent correspond au maximum de cette courbe dérivée .
dVb
dpH
) en un point de la courbe pH = f(VB) à partir des résultats expérimentaux ?
dVb
• Remplir la ligne suivante :
V(mL)
0
0,5
1
1,5
2
(
dpH
dVb
3
3,5
4
4,5
5
5,5
17
18
18,5
19
19,5 20 20,5
6
6,5
7
21
21,5 22
8
9
10
23
24
25
)
V(mL)
dpH
(
dVb
2.5
11
12
13
14
16
)
dpH
)= f(Vb) sur le même graphique que pH= f(Vb)
dVb
•
Tracer (
•
Retrouvez par cette
l'équivalence Vbe
méthode des
pHe= …………………..
dérivées le pH à l'équivalence pHe et le volume de base versé à
Vbe = ………………………
IV. Choix d’un indicateur coloré pour un titrage donné
• Sur le graphe précédent, ajouter les zones de virage des indicateurs colorés proposés.
• Quel est celui ou ceux qui conviennent pour repérer l'équivalence ? Justifier ce choix.
• Vérifier expérimentalement que votre choix d’indicateur(s) convient bien pour ce dosage : protocole puis
réalisation.
Indicateur coloré
Héliantine
Bleu de bromothymol
Rouge de Crésol
Phénophtaléïne
Zone de virage
2,8 – 4
5,8 – 7,8
7,2 – 8,8
8,2 – 9,5
Couleur forme acide
jaune
Jaune
jaune
incolore
Couleur de la forme basique
Rouge
bleu
rouge
Rose
V. Pour les plus rapides……
•
Exprimer le quotient de réaction à l’équilibre et calculer la constante de réaction à l’équilibre de la réaction de
ce dosage. A 25°C : pKe = 14 et pKA = 4,8 pour le couple CH3COOH / CH3COO-.
Correction
schéma du montage :
CB.V
2,4
pH
CA.VA
Pour Vb= 5 mL on a pH = 4,2 Donc [HO- ] = 10 -13,8 mol. xmax= 5.10-4mol
Equation
CH3COOH +
HO-
= CH3COO-
+ H2O
Quantité de matière dans l’état
initial (mol)
2.10-3
5.10-4
0
0
Quantité de matière au cours
de la transformation (mol)
2.10-3-x
5.10-4-x
x
x
Quantité de matière attendue
dans l’état final (mol)
1,910-3
10 -13,8
xf
xf
-13,8
5.10-4-xf=10
-4
-4
τ=10 /5.10 = 1
la réaction est totale
donc xf= 5.10-4- 10 -13,8 = 5.10-4 mol
A l’équivalence :
Equation
CH3COOH +
HO-
→ CH3COO-
+ H2O
Quantité de matière dans l’état
initial (mol)
2.10-3
1.10-1 * Vb
0
0
Quantité de matière au cours
de la transformation (mol)
2.10-3-x
1.10-1 * Vb-x
x
x
Quantité de matière attendue
dans l’état final (mol)
0
1.10-1 * Vbexmax =0
xmax=2.10-3
xmax=2.10-3
A l'équivalence, il y a changement de réactif limitant donc, dans cette situation, il ne reste ni CH3COOH, ni HOdans le becher.
VB = VBE ;
nf(CH3COOH) = 0 ;
2.10-3 - xmax = 0 ;
-1
nf(HO ) = 0 ;
1.10 * Vbe-xmax =0;
xmax = 2.10-3 = 1.10-1 * Vbe ;
VBE = 2.10-3 / 1.10-1
ici VBE = 20,0 mL
Quand on porte le point d'équivalence E sur la courbe, on remarque qu'il se situe dans la zone de brusque variation
du pH.
d ( pH )
;
d (VB )
•
le coefficient (a) de la tangente à la courbe est égal à :
•
pour la mesure i :
•
•
Courbes + calculs : voir annexe.
Le point d'inflexion I de la courbe pH = f (VB) est le point de cette courbe qui a la même abscisse que le
d ( pH )
maximum de la courbe :
= g (VB).
d (VB )
pH i +1 − pH i −1
d ( pH )
≈
dVb
V B i + 1 − V B i −1
14
12
10
pH
d(pH)/dV
8
6
4
2
0
0
10
20
30
V
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5 7
8
9 10 11 12
pH
3 3,2 3,4 3,6 3,7 3,9 3,9 4 4,1 4,2 4,2 4,3 4,3 4,4 4,4 4,5 4,6 4,7 4,8 4,9
d(pH)/dV
0,4 0,4 0,3 0,3 0,2 0,1 0,2 0,2 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1
13 14 15 16 17 18 18,5 19 19,5 20 21 21,5 22
23
24
25
5 5,1 5,2 5,3 5,5 5,7 5,8
6
6,3 7,4 11 11,3 11,4 11,5 11,6 11,7
0,1 0,1 0,1 0,2 0,2 0,2 0,3 0,5 1,4 3,13 2,6 0,4 0,13 0,1 0,1
0,2