Solutions tampons - Collège Shawinigan

Collège Shawinigan
Département de Chimie
Expérience #6
Solutions tampons
par
Rédacteur:_________________________________________ Gr:_____
Collaborateur:_________________________________________
Rapport de laboratoire
présenté dans le cadre du cours
PRÉPARATION DE SOLUTIONS
à ________________________, professeur de Chimie
Date de la séance de laboratoire:
Date de la remise du rapport:
Hiver 2009
-1-
________________
________________
Analyse des solutions tampons
1. But
Préparer différentes solutions tampons selon la méthode directe et selon la méthode
indirecte. Déterminer la capacité tampon de différentes solutions.
2. Théorie
Le mélange d'un acide faible et de sa base conjuguée ou d'une base faible et de son acide
conjugué constitue une solution tampon. On les nomme "tampon" car elles ont la
propriété de conserver un pH à peu près constant lorsqu'on y ajoute une petite portion
d'un acide ou d'une base. De plus, l'effet de dilution de modifie pas sensiblement le pH.
Les solutions tampons sont utilisées en laboratoire pour calibrer un pH-mètre, pour
maintenir le pH d'essais biologiques constant. L'efficacité d'un tampon est à son
maximum lorsque le rapport acide faible : base conjuguée est égal à 1. Le pH d'une telle
solution peut être déterminé à l'aide de l'équation de Henderson-Hasselbalch:
pH = pKa − log
[HA]
[A − ]
éq. 1
où,
pKa = celui du couble acide-base conjuguée;
[A-] = concentration molaire volumique de la base faible;
[HA] = concentration molaire volumique de l'acide faible.
La capacité tampon ou le pouvoir tampon correspond à la quantité (en mole) d'acide,
H3O+, ou de base, OH- que l'on doit ajouter à un litre de tampon pour modifier le pH de
ce dernier de 1,00 unité.
Quelques équations chimiques utiles:
NH3
+
ammoniac
H2O
eau
⇔
NH4OH
ammoniaque
NH4OH
HCl
→
NH4Cl
NaOH
→
NH4OH
NH4Cl
+
+
-2-
éq. 2
+
H2O
+
NaCl
éq. 3
éq. 4
3. Mode opératoire
Partie I : Préparation des solutions
1. À partir de la solution commerciale, préparez 1L d'une solution d'ammoniac (NH3) de
concentration molaire volumique ~0,2M.
*** Attention, vapeurs corrosives (irritantes) ***
Volume de base (NH4OH) requis: ____________.
2. Préparez 1L d'une solution ~0,2M de chlorure d'ammonium (acide conjugué de
l'ammoniac). La masse du sel requise est: ___________.
3. Préparez le montage de deux burettes de 50 mL sur un support à burettes. Ces
burettes vous permettront de distribuer les volumes requis des solutions d'ammoniac
et de chlorure d'ammonium. Identifiez chaque burette ainsi que chaque bécher qui
vous permettra de verser les solutions préparées aux étapes 1 et 2.
Partie II : Préparation des solutions tampons
N.B. Soyez efficace
A) en mélangeant une solution d'un acide faible et une solution de sa base conjuguée
1. Préparez chacune des solutions suivantes dans un ballon jaugé de 100,00 mL:
Sol'n
Volume de NH3
Volume de NH4Cl
Molarité totale
~ 0,2 M (mL)
~ 0,2 M (mL)
(mol/L)
1
4,33
0,37
2
2,55
2,45
3
0,48
4,52
4
43,30
3,70
5
25,50
24,50
6
4,80
45,20
* N'oubliez pas de compléter au trait de jauge... *
-3-
pH
mesuré
B) à partir d'un acide faible ou d'une base faible et d'un acide ou d'une base forte
1. Étalonnez un pH-mètre avec un tampon de pH = 10,00.
2. Transférez 50,00 mL de la solution de chlorure d'ammonium dans un bécher haute
forme de 200 mL et identifiez le contenu du bécher: solution # 7.
3. Transférez 50,00 mL de la solution d'ammoniac dans un bécher haute forme de 200
mL et identifiez le contenu du bécher: solution # 8.
4. Remplaçez le contenu des deux burettes par vos solutions étalonnées d'acide
chlorhydrique et d'hydroxyde de sodium.
N'oubliez pas de normaliser la burette et d'identifier son contenu.
5. À l'aide du pH-mètre et d'un agitateur magnétique, ajoutez le NaOH à la solution 7 de
façon à obtenir un pOH de 4,75. Notez le volume d'hydroxyde de sodium ajouté.
Transférez quantitativement le contenu dans un ballon jaugé de 100,00 mL et
complétez au trait de jauge. Transférez le contenu du ballon dans un autre contenant
et mesurez à nouveau le pH du tampon. Notez-le.
6. À l'aide du pH-mètre et d'un agitateur magnétique, ajoutez le HCl à la solution 8 de
façon à obtenir un pH de 9,25. Notez le volume de chlorure d'hydrogène ajouté.
Transférez quantitativement le contenu dans un ballon jaugé de 100,00 mL et
complétez au trait de jauge. Transférez le contenu du ballon dans un autre contenant
et mesurez à nouveau le pH du tampon. Notez-le.
Partie III : Détermination de la capacité tampon des solutions préparées
1. Pipettez 25,00 mL d'un tampon dans deux béchers haute forme de 200 ou de 100 mL.
*** N'ajoutez pas d'eau distillée pour effectuer les titrages ***
2. Déterminez le volume d'acide requis pour abaisser le pH de 1,00 unité (bécher 1).
3. Déterminez le volume de base requis pour élever le pH de 1,00 unité (bécher 2).
4. Répétez les étapes 1 à 3 pour chaque solution tampon préparée.
-4-
Partie IV :
Détermination de la capacité tampon de l'eau et d'un comprimé
antiacide
1. Pipettez 50,00 mL d'eau distillée et déterminez la capacité tampon de la même façon
qu'à la partie III.
2. Dissolvez 1 comprimé anti-acide préalablement pesé dans un ballon de 100,00 mL
avec de l'eau distillée. Pipettez 25 mL de la solution préparée et déterminez la
capacité tampon en ajoutant du HCl.
Partie V : Détermination de la concentration des solutions
1. Titrez la solution de chlorure d'ammonium avec votre solution étalon de NaOH.
Pipettez 10,00 mL de la solution de NH4Cl dans une fiole conique de 250 mL,
ajoutez 100 mL d'eau et quelques gouttes de l'indicateur jaune d'alizarine (jaune à
rouge). Faites trois essais.
2. Titrez la solution d'ammoniaque avec votre solution étalon de HCl. Pipettez 10,00 mL
de la solution de NH3 dans une fiole conique de 250 mL, ajoutez 100 mL d'eau et
quelques gouttes de l'indicateur rouge de méthyle (jaune à rouge). Faites trois essais.
4. Cahier de laboratoire
1.
2.
3.
4.
Titre de l’expérience
But
Résumé des manipulations sous la forme d’un organigramme
Données et observations
-5-
5. Rapport de laboratoire
1. Page titre
2. Données et observations
Tableau # 1 Préparation des solutions tampons
V NH3
V NH4+
V HCl [ ] V NaOH [ ] V total pH mesuré
(±
mL) (±
mL) (±
mL) (±
mL) (± mL)
±
Sol'n
#
1
2
3
4
5
6
7
8
Tableau # 2 Détermination de la capacité tampon
Sol'n
#
1
Vprélevé
(±
mL)
VHCl [ ]
(±
mL)
VNaOH [ ]
(±
mL)
Δ pH ↓
±
Δ pH ↑
±
2
3
4
5
6
7
8
eau
antiacide*
* solution de 1 comprimé de marque ____________ = ______±___g ds _____±___mL
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Tableau # 3 Détermination des concentrations des différentes solutions
Produisez votre tableau.
OBSERVATIONS:
3. Calculs
-
Calculez la concentration de NH3 et de NH4+
-
Calculez la molarité totale de chaque solution tampon (1 à 8)
-
Calculez le pH prévu des solutions 1 à 8
-
Calculez les capacités tampons
4. Résultats
Tableau # 4 Caractérisation des tampons
Sol'n
#
1
[NH3]
(M)
[NH4+]
(M)
Mtotale
(M)
2
3
4
5
6
7
8
-7-
pH mesuré
±
pH prévu
% écart
Tableau # 5 Capacités tampons
Sol'n
#
1
n HCl ajoutée(s)
(mol)
n NaOH ajoutée(s)
(mol)
Mtotale du tampon
(M)
capacité tampon
(M)
2
3
4
5
6
7
8
eau
0
antiacide*
*
mol/comprimé
: marque du comprimé
*** La qualité des résultats est évaluée ***
5. Discussion
- Commentez le choix des indicateurs HA-B.
- Commentez les pH obtenus par rapport à ceux prévus.
- Quel est l'effet de la molarité du tampon sur la capacité tampon?
- Quel est l'effet du rapport HA/B sur la capacité tampon?
-8-