2020_21_CCF_05 Titrages acido-basiques_1

REACTIONS ACIDES / BASES

(COURS 2015_B)

LES PARTIES A ET B SONT INDEPENDANTES.

Partie A

1. Définir un acide et une base dans la théorie de Broensted. 2. On désire préparer une solution d’hydroxyde de potassium (K+

(aq)+OH−(aq)) de pH = 12,5 à 25°C.

Quelle est la concentration des ions OH− dans la solution ?

On dispose des solutions aqueuses de même concentration des espèces suivantes : A : solution de chlorure de méthylammonium (CH3NH3

+(aq) + Cl–(aq))

B : solution d’éthanoate de sodium (CH3COO–(aq) + Na+

(aq)) C : solution d’hydroxyde de sodium (Na+

(aq) + OH−(aq))

D : solution d’acide hypochloreux HClO(aq) E : solution d’acide éthanoïque CH3COOH(aq)

3. A partir des données ci-dessous, classer les solutions par ordre de pH croissant. Justifier.

Couple NH4+ / NH3 HClO / ClO– CH3COOH / CH3COO–

pKA 9,2 7,3 4,8

Couple CH3NH3+ / CH3NH2 H2O / OH−

pKA 10,8 14

On dispose d’une solution S d’acide éthanoïque.

4. Ecrire l’équation de la réaction de l’acide éthanoïque avec l’eau.

5. Calculer la constante d’acidité KA du couple CH3COOH/CH3COO.

Partie B

6. Quel est l’objectif d’un titrage ?

7. Citer 3 méthodes de titrage acido-basique.

8. Citer les 3 conditions nécessaires pour qu’une réaction puisse servir à un titrage.

Dans les questions suivantes, on considère le titrage d’une solution d’acide chlorhydrique par une solution d’hydroxyde de sodium. L’expérience est réalisée à 25°C.

9. Écrire l’équation de la réaction de titrage.

10. Donner la relation entre les quantités de matière des réactifs introduites à l’équivalence. Donner le pH à l’équivalence.

11. Représenter l’allure de la courbe pH-métrique pH = f(VB) de ce titrage.

12. Comment s’appelle la méthode graphique permettant de trouver le point d’équivalence sur une courbe pH-métrique d’un titrage acido-basique quelconque ?

Montrer, en utilisant cette méthode sur la courbe de la question 10, comment déterminer graphiquement les coordonnées (VBE, pHE) du point d’équivalence E.

13. Dans le cas d’un titrage colorimétrique cité, comment choisir l’indicateur coloré ? Choisir dans la liste ci-dessous l’indicateur approprié pour ce titrage.

zone de virage couleur de la forme acide couleur de la forme basique

Hélianthine 3,1 – 4,4 rouge jaune

Bleu de bromothymol 6,0 – 7,6 jaune bleue

Phénolphtaléine 8,2 – 10,0 incolore rose-violacé

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CORRIGÉ

RÉACTIONS ACIDES / BASES

(COURS 2015_B)

PARTIE A

1. Un acide est une espèce chimique capable de libérer un proton H+ . 1p Une base est une espèce chimique capable de capter un proton H+ . 1p

2.OH–Ke H3O

+Ke 10–pH = 1,0×10-14

10–12,5 = 10–1,5 3,2×10–2 mol.L–1 2p

3. - en général, à une même température, le pH d’une solution acide est inférieur à celui d’une solution neutre et ce dernier est inférieur au pH d’une solution basique

- les solutions E, D et A sont acides donc leur pH est inférieur à celui des solutions basiques B et C 1p

- plus le pKA d’un couple acide/base est grand plus le pH d’une solution est grand (pour une même concentration de toutes les solutions) 1p donc pour les solutions acides: pHE < pHD < pHA et pour les solutions basiques pHB < pHC

Conclusion: pHE < pHD < pHA < pHB < pHC 1p

4. CH3COOH(aq) + H2O(l) = CH3COO–(aq) + H3O

+(aq) 1p

5. KA = 10–pKA = 10–4,8 = 1,6.10–5 1p PARTIE B

6. L’objectif d’un titrage est de déterminer la concentration inconnue de la solution titrée. 1p

7. colorimétrie, pH-métrie, conductimétrie 1,5p

8. La réaction de titrage doit être totale, rapide et univoque. 1,5p

9. H3O+

(aq) + OH–(aq) 2 H2O(l) 1p

10. (A l’équivalence la quantité d’ions hydroxyde apportés par la solution titrante est égale à la quantité d’ions oxonium initialement présents dans la solution titrée.)

n (H3O+) introduit = n (OH–) versé 1p

pHE = 7 (à 25°C) 0,5p

11. courbe de titrage 12. la méthode des tangentes parallèles 1p + 1,5p

Description de la méthode des tangentes parallèles – n’est pas demandé:

- on construit 2 tangentes parallèles des deux côtés opposés du saut de pH et une troisième droite

parallèle et équidistante des deux tangentes

- l´intersection de cette dernière avec la courbe pH-métrique (dans la partie du saut de pH) représente

le point d’équivalence E dont les coordonnées sont (VBE, pHE)

13. Il faut choisir un indicateur coloré dont la zone de virage contient le pH à l’équivalence. le bleu de bromothymol BBT (pHE = 7 fait partie de la zone de virage allant de 6,0 à 7,6) 2p

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VERIFICATION DU DEGRE D’ACIDITE D’UN VINAIGRE

EXERCICE À CARACTÈRE EXPÉRIMENTAL (2011_R)

DONNEES :

Masse molaire moléculaire de l´acide éthanoïque : MAC = 60,0 g.mol−1

Masse volumique du vinaigre : 0 = 1,00103 kg.m−3

Constante d’acidité du couple (H2O/OH−) : Ke = 1,010−14

Constante d’acidité du couple (CH3COOH/CH3COO−) : KA = 1,710−5

L’étiquette d’un litre de vinaigre du commerce indique 8 degrés. Le degré d’acidité s’exprime par la masse, en grammes, d’acide éthanoïque pur (CH3COOH=AC) contenu dans 100 g de vinaigre (S0). Pour vérifier le degré d’acidité de ce vinaigre on prépare dans un premier temps 100 mL d’une solution S en diluant dix fois la solution commerciale. Dans un deuxième temps on titre un volume VA = 10,0 mL de la solution S par une solution d’hydroxyde de sodium de concentration cB = 0,100 mol.L-1. Les variations du pH en fonction du volume VB de solution d’hydroxyde de sodium versé sont données dans le tableau ci-dessous.

VB (mL) 0 1,0 2,0 4,0 6,0 8,0 10,0 12,0 12,5 13,0 13,5 14,0 16,0

pH 2,8 3,6 4,0 4,4 4,7 4,9 5,2 5,7 5,9 6,6 11,0 11,6 12,1

1. Faire un schéma annoté du dispositif utilisé pour ce titrage et nommer le matériel utilisé.

2. Tracer la courbe pH = f(VB) sur le papier millimétré fourni.

Echelle : 1 cm pour 1 mL et 1 cm pour une unité de pH.

3. En utilisant une méthode dont on précisera le nom, déterminer les coordonnées pHE et VBE du point d’équivalence.

4. A partir de l’observation de la courbe pH = f(VB), donner deux arguments qui confirment que l´acide éthanoïque est un acide faible.

5. Quel indicateur coloré peut-on utiliser pour ce titrage ? Justifier la réponse.

Indicateur coloré Zone de virage

Hélianthine 3,1 - 4,4

Bleu de bromothymol 6,0 - 7,6

Phénolphtaléïne 8,2 - 10

6. Ecrire l’équation-bilan de la réaction qui se produit lors de ce titrage.

7. Définir littérallement (= par une phrase) l’équivalence acido-basique

8. Déterminer la concentration de la solution d’acide éthanoïque cA.

9. Calculer la concentration du vinaigre étudié c0.

10. En déduire le degré d’acidité du vinaigre analysé.

11. Exprimer, puis calculer la constante d’équilibre K de la réaction de titrage. Vérifier que cette réaction est bien utilisable pour un titrage.

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CORRIGE

VERIFICATION DU DEGRE D’ACIDITE D’UN VINAIGRE

EXERCICE À CARACTÈRE EXPÉRIMENTAL (2011_R)

1. 3,5p

2. graphe (à voir l’annexe) 4p

3. la méthode des tangentes parallèles (à voir l’annexe) on lit sur le graphe les coordonnées du point d´équivalence E (13,3 mL ; 8,9) 2,5p

4. - le pH de la solution à l´équivalence pHE > 7 à 25°C (donc basique) - la courbe présente au début un mini saut de pH 2p

5. La phénolphtaléine convient pour ce dosage car sa zone de virage contient le pHE. 1,5p

6. CH3COOH(aq) + OH−

(aq) CH3 COO−

(aq) + H2O(l) 1,5p

7. L´équivalence acido-basique est atteinte lorsque la quantité d´acide initialement prélevée est égale à celle de base ajoutée à l´équivalence : 1p

8. n (AC)initial = n (OH−)ajouté d’où cA VA = cB VBE

cA = cB VBE / VA = 0,100 13,310−3 / 10,010−3 = 0,133 mol.L−1 2p

9. pour le vinaigre étudié c0 = 10 cA = 10 0,133 = 1,33 mol.L−1 1p

10. le degré d’acidité du vinaigre est défini comme la fraction massique d’acide éthanoïque pur wAC :

wAC = mAC / m0 = nAC MAC / (ρ0 V0) = c0 MAC / ρ0

wAC = 1,33 mol.L−1 60,0 g.mol−1 / 1,00103 g.L−1 = 0,0798 8,0% ou 8,0° 2,5p

11.

OHCOOHCH

COOCHK

3

3 0,5p

La constante d’équilibre d’une réaction acide-base peut être calculée comme le rapport entre la constante d’acidité du couple dont l’acide réagit – ici KA – et la constante d’acidité de l’autre couple – ici Ke – cette justification n’est pas obligatoire donc

K = KA

Ke =

1,7105

1,0×1014 = 1,7 109 2p

La constante d’équilibre K > 104 donc cette réaction peut être supposée totale et utilisable pour le titrage envisagé. 1p

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Annexe