Exercice 1

Le pH d'une solution aqueuse d'acide thanoque de concentration c=2,0.10-3mol.L-1 est gal 3,9. 1. L'acide thanoque est-il un acide partiellement ou totalement dissoci dans leau ? Justifier votre rponse. 2. Ecrire l'quation de la raction de cet acide avec l'eau. 3. Dterminer le taux d'avancement final de cette raction ; en dduire la constante de raction

Exercice 2

On examine dans cet exercice la prcision que l'on peut attendre sur la dtermination de la concentration des ions oxonium [H3O+] en solution aqueuse lorsqu'on utilise un ph-mtre donnant deux dcimales (deux chiffres aprs la virgule). On mesure le pH d'une solution acide et on trouve: pH=4,30 0,05 (l'incertitude pH=0,05 est donne par le constructeur). 1. Calculer la concentration molaire en ions oxonium. 2. valuer l'encadrement de la concentration en ions oxonium. 3. valuer la plus grande erreur que l'on peut faire sur cette concentration. 4. En dduire la prcision sur la dtermination de la concentration des ions oxonium ralise l'aide de ce pH-mtre.

Exercice 3

On introduit une masse m=8,0g de phosphate de calcium solide dans un volume V=50,0mL d'eau distille. Aprs agitation, on obtient une solution sature et il reste une masse m'=0,7g de ce solide non dissout.

1. Donner l'quation de la raction de dissolution du phosphate de calcium dans l'eau. 2. Dterminer la quantit de matire initiale de phosphate de calcium introduite dans l'eau. 3. Dresser le tableau d'avancement de la raction. 4. Dterminer l'avancement final de la transformation. 5. Dterminer le taux d'avancement final de la raction. 6. Calculer la concentration molaire finale des ions phosphate et des ions calcium.

Donne: la formule du phosphate de calcium est : Ca3(PO4)2.

Exercice 4

On dissout un comprim d'aspirine (note AH dans la suite) de masse m=500mg dans un volume V=100mL d'eau distille. La mesure du pH de la solution obtenue donne pH=2,6.

1

1. Ecrire l'quation de la raction acido-basique entre l'aspirine et l'eau. 2. Dterminer la concentration finale des ions oxonium H3O+ dans la solution. 3. Dterminer la quantit de matire d'aspirine initiale contenue dans un comprim, sachant que la masse molaire est M=180g.mol-1. 4. Dresser le tableau d'avancement de la raction de l'aspirine avec l'eau. 5. Dterminer l'avancement final de la transformation. 6. Dterminer la concentration molaire de l'aspirine l'quilibre.

Exercice 5

A 20C la solubilit dans l'eau de l'acide pentanoque, de formule CH3CH2CH2CH2COOH (ou C4H9COOH), est t=20g.L-1. On prpare V=100mL d'une solution sature de cet acide. Son pH est 2,5.

1. Donner l'quation de la raction de cet acide avec l'eau. 2. Calculer la solubilit de l'acide pentanoque, 20C, en mol.L-1. 3. Dresser le tableau d'avancement de la raction de l'acide avec l'eau. 4. Dterminer l'avancement final de cette raction. 5. Dterminer le taux d'avancement final de ce systme.

Exercice 6

Le pentachlorure de phosphore PCl5 est un gaz qui se dcompose en donnant du trichlorure de phosphore PCl3 et du dichlore.

1. Donner l'quation de la raction de cette transformation. 2. Soit un tat initial du systme compos de 8,7.10-3mol de pentachlorure de phosphore et de 0,298mol de trichlorure de phosphore. L'tat final contient, entre autres, 2,00.10-3mol de dichlore.

a. Dresser le tableau d'avancement de la raction. b. Dterminer la composition du systme dans l'tat final. c. Dterminer le taux d'avancement final de la transformation.

Exercice 7

Dans cet exercice, on se propose d'tudier l'influence de la dilution d'une solution d'acide sur le taux d'avancement final de sa raction avec l'eau. On considre d'abord une solution aqueuse d'acide faible (acide thanoque) de concentration c1=1,0.10-1mol.L-1. Son pH est pH1=2,9. On dilue cette solution 10 fois pour obtenir une solution de concentration c2, son pH est alors pH2=3,4. On considre ensuite une solution aqueuse d'acide fort (acide chlorhydrique) de concentration c3=1,0.10-2mol.L-1. Son pH est pH1=2,0. On dilue cette solution 10 fois pour obtenir une solution de concentration c4. Son pH est alors pH2=3,0. 1. Dterminer le taux d'avancement final 1 de la raction de l'acide thanoque avec l'eau dans la solution de concentration c1. 2. Dterminer le taux d'avancement final 2 de la raction de l'acide thanoque avec l'eau dans la solution de concentration c2. 3. Quel est l'influence de la dilution d'une solution d'acide faible sur le taux d'avancement final de la raction de cet acide avec l'eau? 4. Dterminer le taux d'avancement final 1 de la raction de l'acide chlorhydrique avec l'eau dans la solution de concentration c3. 5. Dterminer le taux d'avancement final 2 de la raction de l'acide chlorhydrique avec l'eau dans la solution de concentration c4. 6. Quel est l'influence de la dilution d'une solution d'acide fort sur le taux d'avancement final de la raction de cet acide avec l'eau?

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Exercice 8

1. On prpare une solution aqueuse S1 de chlorure d'hydrogne de concentration c1=1,0.10-2mol.L-1. La conductivit de cette solution est 1=0,43S.m-1.

a. Donner l'quation de la raction du chlorure d'hydrogne avec l'eau. b. Donner l'expression de la conductivit 1 de la solution S1 en fonction des conductivits

molaires ioniques et des concentrations des ions prsents dans la solution. c. Dterminer, alors, les concentrations des ions en solution. d. Que peut-on en conclure quant la raction du chlorure d'hydrogne avec l'eau?

2. On prpare une solution aqueuse S2 d'acide thanoque de concentration c2=1,0.10-2mol.L-1. La conductivit de cette solution est 2=1,6.10-2S.m-1.

a. Donner l'quation de la raction de l'acide thanoque avec l'eau. b. Donner l'expression de la conductivit 2 de la solution S2 en fonction des conductivits

molaires ioniques et des concentrations des ions prsents dans la solution. c. Dterminer, alors, les concentrations des ions en solution. d. Que peut-on en conclure quant la raction de l'acide thanoque avec l'eau? e. Dterminer la constante d'quilibre associe l'quation de la raction de l'acide thanoque avec

l'eau.

Donnes: les conductivits molaires ioniques sont exprimes en S.m2.mol-1

(H3O+)=34,97.10-3; (Cl-)=7,63.10-3;(CH3COO-)=4,09.10-3

Exercice 9

On dissout une masse m=0,44g d'acide ascorbique (vitamine C), de formule C6H8O6 dans un volume d'eau V=500mL.Le pH de la solution obtenue est pH=3,2.

1. Calculer la concentration molaire en solut apport de la solution d'acide ascorbique. 2. Donner l'quation de la raction de l'acide ascorbique avec l'eau. 3. Dresser le tableau d'avancement de cette raction et dterminer l'avancement maximal. 4. En utilisant la valeur du pH de la solution, dterminer l'avancement final de la raction. 5. En dduire si la raction considre correspond une transformation totale ou un quilibre et dterminer le taux d'avancement final. 6. Dterminer la constante d'quilibre de la raction.

Exercice 10

On tudie une solution aqueuse d'acide fluorhydrique (HF), de volume V=500mL et de concentration molaire en solut c=2,0.10-2mol.L-1. Son pH est 2,5.

1. Ecrire l'quation de la raction de l'acide fluorhydrique avec l'eau. 2. Donner l'expression de la constante d'quilibre de la raction. 3. Dterminer la quantit de matire initiale de fluorure d'hydrogne et dresser le tableau d'avancement de la raction. 4. Dterminer la composition du systme lorsque l'avancement est x=1,0.10-3mol. 5. Dterminer alors le quotient de raction Qr. 6. Calculer la constante d'quilibre. 7. Le systme est-il l'quilibre lorsque x=1,0.10-3mol? Justifier la rponse.

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Exercice 11

On prpare V=50,0mL d'une solution aqueuse en mlangeant n1=2,50.10-3mol d'acide mthanoque et n2=5,00.10-3 mol d'thanoate de sodium. A l'quilibre, la conductivit de la solution obtenue est =0,973S.m-1. 1. Donner l'quation de la raction entre l'acide mthanoque et les ions thanoate. On ne fera pas figurer les ions sodium qui ne jouent pas de rle ici, mais on en tiendra compte dans l'expression de la conductivit. 2. Dresser le tableau d'avancement de la raction. 3. tablir alors une relation entre les concentrations l'quilibre des ions mthanoate et thanoate. 4. tablir une expression de la conductivit en fonction de [HCOO-]q. 5. Dterminer les concentrations l'quilibre des espces prsentes dans le mlange. 6. Dterminer la constante d'quilibre.

Donnes: Les conductivits molaires ioniques sont exprimes en S.m2.mol-1.

(HCOO-) = 5,46.10-3 = 1; (CH3COO-) = 4,09.10-3 = 2; (Na+) = 5,01.10-3 = 3Remarque: Dans cet exercice il faut faire trs attention aux units de mesure de volume et de concentration. Dans le calcul de , les concentrations doivent tre exprimes en mol.m-3 et dans le calcul de la constante d'quilibre K, elles doivent tre exprimes en mol.L-1.

Exercice 12 Mlange de solution d'acide chlorhydrique et de potasse On dispose au laboratoire des solutions suivantes : Solution A : solution aqueuse d'acide chlorhydrique de concentration molaire Ca. Solution B : solution aqueuse d'hydroxyde de potassium de concentration molaire Cb. Un volume Va de la solution A est obtenu en mettant en solution un volume V'A de chlorure d'hydrogne gazeux. Le volume molaire gazeux est not Vm dans les conditions de l'exprience. Le volume VB de solution B est obtenu en mettant en solution une masse mB d'hydroxyde de potassium. Donnes : VA = 100 L ; V'A = 100 L ; mB= 11,2 g ; VB = 10 L ; Vm = 25 L/mol. Masse atomique ( g/mol) K= 39 ; O=16 ; H= 1. Produit ionique de l'eau Ke=10-14 25C.

1. Exprimer littralement puis calculer CA. 2. Exprimer littralement puis calculer CB. 3. On mlange le tiers de VA au quart de VB.

- Ecrire les quations de mise en solution aqueuse du solide et du gaz, soluts des solutions A et B puis l'quation bilan de la raction se produisant dans le mlange. - Dfinir l'quivalence acido-basique. Le mlange est-il l'quivalence ? Justifier. - Ce mlange 25c est-il acide ou basique ? Justifier.

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4. Mlangeons cette fois un volume V1 de la solution A et un volume V2 de la solution B tels que : V2 = x V1 et que le pH du mlange soit 12 25C. - Calculer x. - Dans le cas de cette dernire prparation quel est le plus grand volume de mlange possible ?

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Exercice 13 Dosage d'un produit caustique

Deux lves de terminale, Antoine et Sophie disposent d'une solution commerciale d'un produit caustique, une solution d'hydroxyde de sodium Sa portant les indications suivantes : Densit d=1,03 ; pourcentage massique en hydroxyde de sodium : 15 %.

Ils se proposent de doser cette solution en ralisant un suivi pH mtrique de la raction entre l'acide fort (l'acide nitrique HNO3) et cette solution. Il reste leur charge l'laboration d'un protocole exprimental.

Pour les questions 3 7 on prendra la valeur C0 = 4 mol/L

1. Ecrire l'quation bilan de la raction de dosage qu'ils veulent utiliser. 2. Sophie affirme" la concentration molaire volumique de cette solution d'hydroxyde de sodium vaut

environ 4 mol/L". - -Dterminer prcisment cette concentration volumique C0. H=1 ; O=16 ; Na=23 g/mol

3. Antoine dit " il vaudrait mieux diluer cette solution avant de la doser" - Pourquoi est-ce ncessaire ? - Ils choisissent de la diluer 50 fois, ils obtiennent une nouvelle solution appele Sb. Rappeler les prcautions prendre lors de cette dilution. - Dterminer la concentration Cb.

4. Les lves dcident de doser un volume Vb= 10 mL de Sb. Ils disposent d'une solution d'acide nitrique Sa de concentration C1 = 0,8 mol/l, d'une burette gradue de 25 mL, d'un bcher de 100 mL, d'un agitateur magntique, d'un pHmtre. - Faire un schma lgend du montage. - Sophie dclare " en utilisant une telle solution d'acide nitrique, on ne russira pas dterminer de faon prcise le point quivalent par suivi pHmtrique ". Justifier en calculant le volume V1 d'acide vers l'quivalence, la dclaration de Sophie.

5. Ils dcident alors de diluer Sa. Pour cela ils disposent pour prlever la solution mre d'une pipette jauge de 15 mL et pour obtenir la solution fille, d'une fiole jauge de 200 mL ou une autre de 500 mL. Ils ne sont autoriss utiliser qu'une seule fois la pipette. - Dterminer pour les deux dilutions possibles les nouvelles concentrations Ca et C'a.

6. Prvoir pour chacune des solutions d'acide dilu le volume d'acide l'quivalence ainsi que le pH l'quivalence. En dduire que l'une des deux dilutions est rejeter. Pourquoi ?

7. Antoine au moment de commencer les manipulations fait la rflexion suivante " je ne peux pas utiliser l'agitateur magntique, il n'y a pas assez de liquide, le turbulent percute la sonde ". Sophie : " alors rajoute suffisamment d'eau" Antoine " Tu n'y pense pas, cela va fausser le dosage " Sophie " mais non le volume l'quivalence ne sera pas modifi " Qui a raison et pourquoi ?

Exercice 14 Comparaison de solution

On considre trois solutions aqueuses de mme pH =2,7. La premire est une solution d'acide mono chlorothanoque de concentration 5 10-3 mol/L, la seconde une solution d'acide thanoque de concentration 0,25 mol/L et la troisime une solution d'acide chlorhydrique de concentration 2 10-3 mol/L.

1. Ecrire les formules semi dveloppes de l'acide mono chlorothanoque et de l'acide thanoque. 2. Calculer la concentration molaire volumique des ions H3O+ dans chacune des trois solutions acides. 3. A partir des rsultats prcdents et en justifiant votre rponse, classer par force croissante ces trois

acides. 4. Calculer le pKa du couple correspondant l'acide mono chlorothanoque. 5. Le pKa du couple correspondant l'acide mthanoque a pour valeur 4,8.

- Le classement effectu en 3/ est-il en accord avec les valeurs des pKa des couples acide/base ? Justifier la rponse.

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- Donner la formule dveloppe de l'acide mono chlorothanoque et prciser l'influence de la prsence de l'atome de chlore dans la molcule sur les proprits acides de cette molcule.

Exercice 14 Solutions commerciales

Un flacon d'acide sulfurique concentr porte les indications :1 L ; H2SO4 ; masse molaire 98 g/mol ; pourcentage massique 95%; densit d= 1,84.

1. Dtailler le calcul conduisant la valeur approximative Cc = 18 mol.L-1 de la concentration molaire de la solution commerciale.

2. A partir de cette solution commerciale, vous devez prparer 2 L de solution d'acide sulfurique 0,1 mol.L-1. Quel volume Vc de la solution commerciale allez-vous prlever ?

3. Quelle est la verrerie ncessaire pour raliser cette dilution ? 4. On dose par conductimtrie 10 mL de cette solution dilue avec une solution titre 0,1 mol.L-1

d'hydroxyde de sodium. - Quelle est la grandeur lectrique mesure par un conductimtre ? Prciser son unit. - En l'absence de conductimtre, quel circuit lectrique faut-il raliser ? Le schmatiser. - Tracer l'allure de la courbe de ce dosage conductimtrique. Prciser les grandeurs mesures le long des axes et indiquer la valeur du volume atteint l'quivalence.

Exercice 15 Dosage de l'acide lactique

Masse molaire de l'acide lactique : 90 g/mol Couples acide base de l'eau H2O / HO- : pKa = 14 ; H3O+ / H2O pKa = 0. Sous l'action de ferments lactiques, le lactose du lait se transforme progressivement en acide lactique CH3-CHOH-COOH.

1. Ecrire la formule semi dveloppe de cet acide, puis encadrer et nommer les groupes fonctionnels prsents dans la molcule.

2. La molcule est-elle chirale ? Justifier la rponse. Dans l'affirmative reprsenter dans l'espace les deux nantiomres.

3. Moins le lait est frais, plus il contient d'acide lactique. On se propose de doser l'acide lactique prsent dans un lait qui n'a subit aucun traitement, par une solution aqueuse d'hydroxyde de sodium (soude) de concentration Cb=0,05 mol/L. On verse un volume Va = 20 mL de lait frais dans un bcher et on suit l'volution du pH lors d'une addition progressive de solution de soude.

V soude (mL 0 2 4 6 8 10 11 11,5 12 12,5 13 14 16

pH 2,9 3,2 3,6 3,9 4,2 4,6 4,9 6,3 8 10,7 11 11,3 11,5 - Quelle verrerie faut-il utiliser pour mesurer les 20 mL de lait et pour additionner progressivement la solution de soude ? 4. Tracer sur une feuille de papier millimtr le graphe de la variation du pH en fonction du volume de

soude ajout. On adoptera l'chelle suivante : 1 cm correspondant 1 mL en abscisse, 1 cm correspondant une unit de pH en ordonne. - En dduire par une construction graphique d'usage les coordonnes du point d'quivalence, la valeur du pKa de l'acide lactique.

5. Ecrire l'quation bilan de la raction qui se produit lors du mlange de la solution d'acide lactique et de la soude. - Calculer la constante Kr de cette raction. Cette raction peut-elle tre considre comme totale ? Justifier. - Calculer la masse d'acide lactique dans un litre de lait.

6. Dans l'industrie alimentaire, l'acidit du lait s'exprime en degr Dornic, not D. Un degr Dornic correspond l'acidit qu'apporterait la prsence de 0,1 g d'acide lactique dans un litre de lait. Un lait frais a une acidit comprise entre 15 et 18D. Le lait tudi peut-il tre considr comme frais ?

Exercice 16 Comprim contenant de la vitamine C

Donnes : acide ascorbique C6H8O6, acide faible not HA Ion ascorbate, base conjugue de l'acide ascorbique not A-. pKa du couple AH/A- : 4,1 25C Masse molaire en g/mol : acide ascorbique : 176 ; ascorbate de sodium : 198.

Delphine prend un comprim de "500 mg" de vitamine C. Elle sait que la vitamine C est l'acide ascorbique.

Dosage :

Elle dcide de procder un dosage par une solution de soude ou hydroxyde de sodium pour vrifier l'indication de masse de l'acide ascorbique. Elle prpare tout d'abord un volume V0=200 mL de solution aqueuse avec la totalit du comprim. Soit S la solution obtenue.

1. Ecrire l'quation bilan de la raction qui a lieu entre une solution d'acide ascorbique et une solution de soude.

2. En dduire l'expression de la constante Kr puis calculer la valeur de cette constante. 3. Justifier l'utilisation de cette raction pour le dosage. 4. Dfinir en une phrase l'quivalence acido-basique. 5. Delphine procde au dosage pHmtrique d'un volume V=50 mL de la solution S par une solution de

soude de concentration Cb=0,02 mol/L.

- En dduire la valeur de la concentration C en acide ascorbique de la solution S puis la valeur de la masse d'acide ascorbique prsent dans le comprim.

Euh ??

Interprtation :

Delphine s'tonne de la valeur de la masse obtenue. Elle dcide alors de lire plus attentivement la notice. Elle y trouve les renseignements suivants : Vitamine C tamponne, acide ascorbique : 247 mg, ascorbate de sodium : 284 mg, acide ascorbique total : 500 mg. Elle constate donc la prsence simultane dans le comprim des deux formes acide et base conjugue du couple AH/A-.

1. Calculer partir des indications de la notice, les quantits (mol) d'acide ascorbique et d'ion ascorbate prsents dans le comprim.

2. On admet que les quantit d'acide ascorbique et d'ion ascorbate prsents l'quilibre chimique dans la solution obtenue sont les mmes que dans le comprim. - Ecrire la relation liant le pH de la solution au pKa du couple et en dduire la valeur prvisible du pH de la solution S. La comparer avec la valeur exprimentale donne par la courbe. - Quelles sont les proprits de cette solution ?

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3. Sachant que le pH l'intrieur de l'estomac est voisin de1, indiquer quelle est la forme prdominante du couple HA/A- dans l'estomac. - Justifier par le calcul, l'indication "acide ascorbique total : 500 mg" porte par la notice.

Exercice 17 Les antiacides

Donnes :

formule pKa H3O+/H2O 0

CO2, H2O/HCO3- 6,4 HCO3- /CO32- 10,3

H2O/HO- 14

Lacide chlorhydrique dans l'estomac : Lensemble des scrtions gastriques constitue le suc gastrique. Parmi celles-ci, le mucus, l'acide chlorhydrique et le pepsinogne ont un rle particulier dans la digestion des aliments. La forte acidit du suc gastrique (pH=1 2) est donne par l'acide chlorhydrique. Un deux litres d'acide chlorhydrique peuvent tre produits chaque jour.

1. L'acide chlorhydrique peut tre produit en laboratoire par la dissolution du chlorure d'hydrogne dans l'eau -Ecrire l'quation de la raction entre le chlorure d'hydrogne et l'eau. -Pourquoi l'acide chlorhydrique en solution est-il qualifi d'acide fort ?

2. L'acide chlorhydrique dans l'estomac peut tre considr comme une solution d'acide dilu. Rappeler l'expression du pH d'une solution d'acide fort dilu en fonction de sa concentration. Dans quelles limites de concentration cette relation est-elle applicable ?

L'effet des antiacides sur l'hyperacidit et leur composition chimique : Pour contrecarrer la surproduction d'acide chlorhydrique, on intgre des mdicaments appels antiacides qui neutralisent le surplus d'acide. Ils sont forms de substances basiques.

1. Donner la dfinition d'une base de Bronstd. 2. L'effet des antiacides se manifeste sur le surplus d'acidit de l'estomac afin de maintenir le pH entre 1 et

2. Ces antiacides doivent tre lgrement basiques pour empcher la neutralisation totale. On considre un antiacide particulier, l'Alka Seltzer, form essentiellement d'hydrognate de sodium (bicarbonate de sodium) NaHCO3. Cette substance est aussi secrte par des cellules de la membrane stomacale pour abaisser l'acidit. - Ecrire l'quation de la dissolution du bicarbonate de sodium solide en milieu aqueux.

3. Le principal inconvnient caus par l'utilisation de ce sel est le dgagement de gaz carbonique dans l'estomac. On avale un verre d'eau contenant le sachet dissout. - Ecrire l'quation de la raction prpondrante qui se produit au niveau de l'estomac, en la justifiant. - Calculer la constante d'quilibre de cette raction et en dduire que celle-ci est quantitative.

4. L'Alka Seltzer solide contient en plus de l'hydrognocarbonate de sodium, de l'acide actylsalicylique CH3COO-C6H4-COOH / ion actylsalicylate : pKa =3,5. - Donner la formule semi dveloppe de la base conjugue de cet acide actylsalicylique. - Dans la suite ce couple sera not AH/A-. Lorsqu'on dissout un comprim d'Alka Seltzer dans l'eau, les espces HCO3- et AH sont prsentes dans la solution. Qu'observe-t-on ? Justifier.

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Exercice 18 Acide benzoque- ion benzoate

La solubilit s dans l'eau d'une substance la temprature t est la masse maximale de substance que l'on peut dissoudre dans un litre d'eau cette temprature t. Elle s'exprime en g /L.

Acide benzoque : C6H5COOH solide blanc aspect soyeux ; monoacide faible peu soluble dans l'eau (3g/L 25 C) ; masse molaire : 122 g/mol ; conservateur alimentaire utilis dans les boissons rafrachissantes sans alcool (code E 210). Benzoate de sodium : C6H5COONa solide ionique blanc ; masse molaire 144 g/ mol ; solubilit dans l'eau 25 C : 650 g/L Valeur du pKa du couple acide benzoque / ion benzoate : pKa = 4,2.

Zone de virage du rouge de crsol [7,2 ; 8,8] ; jaune en milieu acide; rouge en milieu basique.

Partie 1 :

1. Ecrire l'quation bilan de la raction entre l'acide benzoque et l'eau. 2. Donner, dans le cas gnral, l'expression de la constante d'acidit ; en dduire les domaines de

prdominance dans le cas de l'acide benzoque et de sa base conjugue ; les reprsenter sur une chelle de pH.

3. Sur l'tiquette d'une bouteille de soda, on note la prsence du conservateur E 210. On mesure le pH pour la boisson : pH = 3,5. En dduire le rapport [C6H5COOH] / C6H5COO-]

Partie 2 :

1. On met disposition la verrerie suivante : - bchers de 50, 100 et 250 mL ; prouvettes gradues de 50, 100 et 200 mL ; pipettes jauges de 5, 10 et 20 mL ; fioles jauges de 50, 100 et 200 mL On se propose de prparer une solution S de benzoate de sodium de concentration C= 0,2 mol/L partir d'une solution S0 de benzoate de sodium de concentration C0 = 0,5 mol/L. - Comment procder ? ; nommer la verrerie utilise.

2. A 10 mL de la solution S on ajoute un peu d'acide chlorhydrique concentr. On note l'apparition d'un prcipit blanc. - Ecrire l'quation bilan de la raction mise en jeu. - Calculer la constante de la raction et conclure. - Prciser le nom du prcipit et justifier qualitativement sa formation.

Partie 3 :

On se propose de dterminer la solubilit de l'acide benzoque 25 C. On pse environ 0,4 g d'acide benzoque et on l'introduit dans un bcher contenant environ 100 mL d'eau distille. Aprs quelques minutes d'agitation, de petits grains restent en suspension. Une filtration permet d'obtenir la solution sature en acide benzoque de concentration CA.

On introduit dans un erlenmeyer VA = 10 mL de cette solution ; on y ajoute quelques gouttes de rouge de crsol et on dose par une solution d'hydroxyde de sodium (soude) de concentration CB= 0,01 mol/L. Le rouge de crsol change de couleur pour un volume de soude ajout de 19,6 mL.

1. Pourquoi reste-t-il des "grains en suspension" dans le mlange prpar avant filtration ? 2. Faire un schma annot du dispositif exprimental utilis lors du dosage. 3. Prciser les changements de couleur observs. 4. Ecrire l'quation bilan de la raction de dosage. 5. Dfinir l'quivalence de cette raction et en dduire la concentration CA de la solution d'acide

benzoque. 6. Calculer la valeur de la solubilit s de l'acide benzoque.

Exercice 19 Dioxyde de carbone dans l'air

Le dioxyde de carbone est prsent dans l'air atmosphrique raison de 0,63% en volume. Il peut ragir avec les ions hydroxyde ; l'quation- bilan de cette raction est : CO2 + 2HO- --> CO32- + H2O

Prparation et dosages d'une solution aqueuse d'hydroxyde de sodium ou soude :

On rappelle que la soude (ou hydroxyde de sodium) a pour formule NaOH. Pour en prparer une solution aqueuse de concentration connue, on ne dispose que d'un flacon de pastilles de soude, la masse d'une pastille tant approximativement gale 0,1g. On commence donc par prparer une solution de concentration voisine de 0,01mol/L ; pour connatre prcisment la concentration de la solution prpare, on ralise ensuite un dosage.

Liste du matriel et des solutions disponibles au laboratoire : - agitateur magntique et barreau aimant ; - fioles jauges portant les mentions "50 mL", "100 mL", "200 mL", "1 L" ; - pipettes jauges portant les mentions "1 mL", "5 mL", "10 mL", "20 mL" ; - burettes gradues portant les mentions "20 mL", "25 mL", "50 mL" ; - pipettes gradues portant les mentions "1 mL", "5 mL", "10 mL" ; - prouvettes gradues portant les mentions "10 mL", "50 mL", "100 mL ; - erlenmeyers et bchers portant les mentions "50 mL", "100 mL", "200 mL" ; - poire aspirante ou pro pipette ; - solutions d'acide chlorhydrique 1 mol/L, 0,10 mol/L, 0,010 mol/L ; - indicateur color : phnolphtaline. Donnes : masses molaires atomiques : M(H) = 1 g/mol ; M(O) = 16 g/mol ; M(Na) = 23 g/mol

1. Quelle masse de soude utiliser pour prparer V = 1L de concentration voisine de c = 0,01 mol/L ? 2. On remarque que le laboratoire ne dispose pas de balance. Comment faire pour prparer cette solution

avec les produits et le matriel disponibles, indpendamment des conditions de scurit ? 3. Pourquoi n'a-t-on pas prpar seulement 100 mL de cette solution ? Justifier. 4. Prciser, en justifiant la rponse quelle solution choisir dans la liste des solutions disponibles au

laboratoire, pour doser 10 mL de la solution prpare prcdemment. Dans la suite de l'exercice, on appelle S cette solution choisie.

5. Faire le schma annot du dispositif du dosage. 6. On ralise le dosage : le volume de solution S verse l'quivalence est V. Trois jours aprs, on

s'aperoit que le rcipient contenant la solution de soude n'a pas t rebouch. On refait le dosage dans les mmes conditions : le volume de solution verse l'quivalence est alors V' infrieur V. On dit que la soude est carbonate : une petite quantit d'ions hydroxyde a ragi avec le dioxyde de carbone pour donner des ions carbonate selon l'quation- bilan donne en introduction. Sachant que le virage de l'indicateur color choisi permet de doser les ions hydroxyde provenant de la soude et les ions carbonate forms qui se comportent comme une monobase, justifier la diminution du volume de solution S verse l'quivalence.

Exercice 20 Farces et attrapes : la tache qui disparat...

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Dans les magasins de farces et attrapes est propose une solution bleue, appele "encre anti-tache". Lorsque l'on verse un peu de cette solution sur un vtement, une tache bleue apparat, mais.... disparat en quelques minutes.

Voil comment fabriquer la solution "encre anti-tache" : - Produits et solutions ncessaires avec quelques indications

Solution de soude 1 mol/L : corrosive. Thymophtaline : indicateur color de zone de virage : 9.3 - 10.5 ; Constante d'acidit du coulpe associ : Ka = 10-10,3 soluble dans l'eau et l'thanol.

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- Mode opratoire Ajouter quelques gouttes de solution de thymolphtaline dans un mlange d'eau et d'alcool, la solution

est alors incolore. Ajouter ensuite goutte goutte juste assez de soude de manire obtenir une solution bleue : "l'encre

anti-tache".

On admet que la solution se comporte comme une solution aqueuse.

1. La forme acide de la thymophtaline, note AH est incolore. La forme basique sera note A-. Placer sur un axe gradu en pH la zone de virage de la thymophtaline. Indiquer en dehors de cette zone les espces prdominantes.

2. Lors de la prparation de la solution, avant l'addition de la solution de soude, le pH est-il infrieur 9,3 ou suprieur 10,5 ? Justifier la rponse.

3. Ecrire l'quation- bilan de la raction entre la thymolphtaline et la soude. 4. Exprimer la constante de cette raction. En dduire que cette raction peut tre considre comme quasi-

totale. 5. Quelle est la teinte de la forme basique de la thymolphtaline ? Justifier la rponse. 6. Pour expliquer la disparition de la tache bleue, on peut supposer que l'vaporation de l'alcool et la

recristallisation de la thymolphtaline jouent un rle. En vous aidant de l'introduction de l'exercice (et de la premire partie), indiquer quel autre facteur pourrait galement intervenir pour expliquer la disparition de la tache sur le vtement ?

Exercice 21 tude de l'acide borique

L'acide borique est un antiseptique lger, peu irritant, utilis par exemple en solution aqueuse dilue dans le "lave-oeil " que l'on trouve dans les laboratoires de chimie. L'acide borique sera considr comme un monoacide faible. Son dosage direct par l'hydroxyde de sodium ou soude est dlicat en pH-mtrie ou avec un indicateur color. Par contre, en prsence d'un excs de polyol, le comportement de l'acide borique en solution aqueuse est modifi. On reprsente par HA la molcule constitue partir de l'acide borique et du polyol. L'acide HA est un monoacide faible.

Donnes : pKa1(H3O+/H2O) = 0,0 ; pKa2(H2O/HO-) = 14,0 ; pKa3(H3BO3/H2BO3-) = 9,2 ; pKa4(HA/A-) = 6,5.

Tous les rsultats numriques seront exprims sous la forme 10n (n tant un nombre rel).

Etude de l'acide borique et de l'acide HA :

1. Ecrire l'quation-bilan de la raction, note raction (1), entre l'acide borique H3BO3 et l'eau. 2. Donner l'expression littrale de la constante de la raction (1) et prciser sa valeur. 3. Cette valeur justifie-t-elle le qualificatif d'acide faible pour l'acide borique ? 4. L'acide HA est-il plus ou moins fort que l'acide borique ? Justifier brivement.

Etude comparative des dosages :

1. Ecrire l'quation-bilan de la raction, note raction (2), entre une solution d'acide borique et une solution de soude. Exprimer littralement puis calculer la constante de cette raction (2).

2. Rpondre aux mmes questions que pour l'acide HA. 3. En utilisant une mme solution de soude de concentration Cb, on ralise successivement les dosages pH-

mtriques : - d'un volume Va d'une solution aqueuse d'acide borique de concentration C0 ; - d'un mme volume Va d'une solution aqueuse d'acide HA de mme concentration C0. Les courbes obtenues pH = f(Vb) o Vb est le volume de soude vers, sont reprsentes sur la figure ci-dessous.

- Pour chacune des courbes, identifier l'acide dos. La rponse doit tre justifie par deux arguments. - Justifier qu'en prsence de phnolphtaline on peut doser l'acide HA mais pas l'acide borique. La zone de virage de la phnolphtaline est comprise entre pH = 8,2 et pH = 10,0. - Justifier l'utilisation du polyol pour doser l'acide borique.

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Bleu ? Rouge ? Jaune ?

Exercice 22 Comparaison de solutions acido-basiques

I - Premire partie : identification des solutions

1. Utilisation d'indicateurs colors

On dispose de 3 flacons A, B, C contenant chacun l'une des solutions suivantes, de mme concentration molaire volumique C0, dans les 3 cas : Solution d'acide thanoque Solution d'hydroxyde de sodium (ou soude) Solution d'acide chlorhydrique

On cherche identifier le contenu de chaque flacon. On dispose de tubes essais et de deux indicateurs colors : le bleu de bromothymol [jaune 6-7,6 bleu] et l'hliantine [rouge 3,1 - 4 ,4 jaune].

On ralise des tests colorimtriques dans les tubes essais avec ces trois solutions :

BBT hlianthineA jaune rouge B jaune rouge C bleu jaune

Dans quels domaines de valeurs se situe le pH de chacune des solutions ? Quelle(s) solution(s) peut-on identifier ? Pourquoi, lors des tests, ne doit-on verser dans chaque tube que quelques gouttes de l'indicateur color utilis ?

2. Utilisation d'un pH mtre:

a) Pour permettre d'identifier ces trois solutions, on les dilue cent fois de faon prcise et on mesure le pH des solutions dilues. Choisir, dans la liste suivante, la verrerie pour obtenir 100 mL de chacune des solutions dilues.

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Burette gradue 25 mL ; Erlenmeyers 100mL, 200mL ; Pipette jauge 1mL, 2mL, 5mL, 10mL, 20mL ; Bchers 100mL, 500mL; Fioles jauges 50mL, 100mL, 500mL. b) La mesure du pH des trois solutions dilues donne : pHA = 2,0 ; pHB = 2,9 ; pHC = 12,0. Montrer comment ces rsultats permettent d'identifier les 3 solutions A, B et C. c) Quelle tait la concentration C0 des solutions initiales ?

II - Deuxime partie : comparaison de deux acides faibles

On dispose de deux solutions d'acides faibles notes 1 et 2 et d'un certain nombre de renseignements concernant chaque solution : Solution 1 : Acide thanoque : pKa1 = 4,75 ; C1 = 3,0.10-2 mol/L ; pH1 = 3,1 Solution 2 : Acide AH : pKa2 = ? ; C2 = ? ; pH2 = 2,9

On se propose d'effectuer des mesures qui permettent de savoir par deux mthodes diffrentes lequel de ces deux acides est le plus fort.

1 - Premire mthode : Dtermination de C2.

On dose la solution 2 par une solution d'hydroxyde de sodium de concentration CB = 2,0.10-2 mol/L. Le volume doser est V2 = 20,0 mL. L'quivalence est repre par le virage d'un indicateur color, la phnolphtaline, dont on rappelle la zone de virage [incolore 8,2- 10 rose]. Le volume de solution d'hydroxyde de sodium vers l'quivalence est VBe = 10,0 mL. a) Faire le schma annot du dispositif de dosage. b) Quel changement de couleur a-t-on observ l'quivalence ? c) crire l'quation bilan de la raction de dosage, dfinir l'quivalence et calculer C2. d) Comment peut-on alors comparer la force de deux acides ?

2 Deuxime mthode : Dtermination du pKA du couple de la solution 2

20,0 mL de la solution 2, on ajoute le volume de solution d'hydroxyde de sodium ncessaire pour obtenir la demi-quivalence. On mesure le pH et on trouve pH = 3,75.

a) Quel volume de solution d'hydroxyde de sodium a-t-on vers ? b) Que reprsente la valeur trouve du pH dans ce cas ? c) Comment peut-on alors comparer la force des deux acides ?

Exercice 23 Lacide propanoque

L'acide propanoque C2H5-COOH appartient au couple acide base : acide propanoque/ion propanoate pKa = 4,87. L'tiquette d'un flacon contenant une solution d'acide propanoque propose deux valeurs de concentration molaire, C1 = 0,028 mol/L et C2 = 0,03 mol/L.

1. Un oprateur teste cette solution S1 en mesurant son pH. Le pH-mtre indique pH1 = 3,4. Cette mesure permet-elle d'affirmer que l'acide propanoque est un acide faible ? Justifier. Ecrire l'quation bilan de la raction entre l'acide propanoque et l'eau. Donner l'expression de la constante d'acidit du couple acide propanoque/ ion propanoate.

2. On ajoute la solution S1 quelques gouttes d'une solution d'hydroxyde de sodium. Le pH prend alors la valeur pH2 = 5,4. Indiquer, sans calcul, quelle est l'espce du couple qui prdomine dans la solution ainsi obtenue ? Faire l'inventaire des couples acide base qui interviennent dans la solution S1 et dans la solution de

soude. Les classer sur une chelle des pKa. Prvoir et crire l'quation bilan de la raction acide-base qui se produit lors du mlange de la solution S1 et de la solution de soude. Calculer la constante de cette raction. La raction est-elle totale? Justifier.

3. L'oprateur veut dterminer la concentration molaire relle de la solution S1. Pour cela, il introduit dans un bcher un volume V = 20 mL de la solution S1. Il verse progressivement dans ce bcher une solution de soude de concentration 0,05 mol/L et relve rgulirement le pH.

Donner la dfinition de l'quivalence acido-basique. Dterminer les coordonnes du point quivalent E. En dduire la concentration molaire C de la solution S1. A partir de la courbe, retrouver la valeur du pKa du couple acide propanoque / ion propanoate. Justifier la mthode.

Exercice 24 Dosage d'un vinaigre

On se propose de doser par pH-mtrie un vinaigre afin d'en dterminer la concentration molaire volumique en acide thanoque. Pour cela, on prpare V = 100 mL dune solution dilue 10 fois du vinaigre. Puis on prlve un volume V1 = 10 mL de la solution dilue que l'on verse dans un bcher, auquel on ajoute suffisamment d'eau distille pour immerger correctement la cellule du pH-mtre. On ralise le dosage avec une solution d'hydroxyde de sodium de concentration molaire volumique c2 = 0,1 mol.L-1. Le pH est relev en fonction du volume V2 de solution d'hydroxyde de sodium et on obtient la courbe pH = f(V2).

Toutes les solutions considres sont prises 25C. Donnes : pKa du couple CH3COOH / CH3COO- 25 C= 4,8 et pKe = 14.

1. Ecrire l'quation chimique associe la transformation chimique tudie. 2. Exprimer le quotient de raction Qr de cette raction.

Quelle valeur particulire ce quotient de raction prend-il dans ltat d'quilibre du systme ? Calculer cette valeur. Cette valeur dpend-elle de la composition initiale du systme ?

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3. Quelle hypothse faut-il faire sur la nature de la transformation chimique pour que la raction puisse servir de support au dosage ?

4. Dterminer graphiquement les coordonnes du point d'quivalence. Quelles sont les espces chimiques majoritaires l'quivalence ? On note n1 la quantit de matire de ractif titr initialement apport dans le bcher et n2,q la quantit de matire de ractif titrant vers l'quivalence. tablir la relation liant n1 et n2,q. En dduire la concentration volumique c1 en acide thanoque apport dans la solution dilue, puis la concentration molaire volumique c en acide thanoque du vinaigre.

5. On se place dans la situation o on a vers un volume d'hydroxyde de sodium reprsentant la moiti du volume vers l'quivalence. Quelles sont les quantits d'hydroxyde de sodium et d'acide thanoque introduites ? A l'aide d'un tableau descriptif de l'volution du systme, dterminer la quantit d'ion thanoate alors forms, ainsi que la quantit d'acide thanoque restant dans le milieu ractionnel. En dduire la valeur du pH en ce point. Comparer la valeur du pH ainsi trouve avec la valeur du pH lue sur la courbe de dosage. Commenter.

Exercice 25 Quelques proprits de l'acide salycilique

L'acide salycilique est utilis dans la synthse de l'aspirine ; l'acide benzoque est un conservateur alimentaire.

A Etude de la fonction acide

On se propose partir de mesures conductimtriques de comparer les acidits de l'acide salicylique et de l'acide benzoque.

1. Etude thorique : On dispose d'un volume V d'une solution aqueuse d'un acide HA de concentration c. La transformation mettant en jeu la raction de l'acide HA avec l'eau n'est pas totale. - Ecrire l'quation de la raction de HA avec l'eau. - Dresser le tableau d'avancement du systme. Exprimer les concentrations des espces prsentes l'quilibre en fonction de c et de la concentration en ion oxonium [H3O+]q. En dduire l'expression du quotient de raction Qr,q en fonction de [H3O+]q. et c.

2. L'tude de la solution l'quilibre est effectue par conductimtrie. Exprimer la conductivit de la solution HA l'quilibre en fonction de [H3O+]q et des conductivits molaires ioniques des ions prsents.

3. Etude exprimentale : conductivits molaires ioniques 25C en S m mol-1. 1= ( ion oxonium) = 35 10-3 ; 2= (ion salicylate)= 3,62 10-3. pKa (acide salicylique / ion salicylate) = 3 ; pKa (acide benzoque/ ion benzoate) = 4,2. On dispose du matriel suivant : bchers de 50, 10 et 250 mL ; prouvettes gradues de 10, 20, 50 et 100 mL ; fioles jauges de 50, 100 et 250 mL; pipettes gradues de 10 mL + ou - 0,1 mL; pipette jauge de 10 mL + ou - 0,05 mL; pipeteur. On veut prparer une solution S de l'acide HA de concentration c= 10-3 mol/L partir d'une solution mre S0 de concentration 10-2 mol/L. Comment procde t-on ? Nommer la verrerie utilise.

4. Mesures de conductivit : on a effectu un ensemble de mesures de conductivit pour des solutions d'acide salicylique et d'acide benzoque de diverses concentrations 25C.

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c(mol/L) (Sm-1) [H3O+]q mol/L Qr,q -logQr,qac. salicylique 10-3 2,36 10-2 6,11 10-4 9,6 10-4 3,01 ac. salicylique 5 10-3 7,18 10-2 ac. salicylique 10 10-3 10,12 10-2 2,62 10-3 9,3 10-4 3,03 ac. benzoque 10-3 0,86 10-2 2,25 10-4 6,53 10-5 4,19 ac. benzoque 5 10-3 2,03 10-2 5,31 10-4 6,31 10-5 4,2 ac. benzoque 10 10-3 2,86 10-2 7,47 10-4 6,03 10-5 4,22

Complter le tableau. Prsenter les calculs sous forme littrale avant d'effectuer les applications numriques. A partir de valeurs de [H3O+]q comparer le comportement concentration gale de l'acide salicylique et de l'acide benzoque en solution dans l'eau. Donner la dfinition de la constante d'acidit Ka. Expliquer comment les rsultats de cette tude exprimentale permettent de retrouver les valeurs respectives des pKa des deux acides.

B Synthse de l'aspirine :

1. Entourer et nommer les fonctions chimiques prsentes dans la formule de l'aspirine. 2. Le groupement OH de l'acide salicylique se comporte comme une fonction alcool dans la transformation

tudie. Donner les formules semi dveloppes et les noms des espces chimiques A et B sachant qu'ils ne contiennent pas d'autres lments que C, H et O. Nommer cette raction chimique et citer deux de ses caractristiques.

Exercice 26 Acide hypo iodique

L'acide hypo iodique HIO appartient au couple acide base HIO / IO- de pKa1=10,6. L'ammoniac NH3 est la base du couple acide base NH4+/ NH3 de pKa2 = 9,2. On prpare V1 = 10 mL d'une solution aqueuse S1 d'acide hypo iodique de concentration c1 = 0,15 mol/L. On ajoute rapidement cette solution V2 = 5 mL d'une solution aqueuse d'ammoniac S2 de concentration c2 = 0,1 mol/L. On suppose que les ractions de HIO et NH3 avec l'eau sont ngligeables.

1. Ecrire l'quation de la raction acido-basique susceptible de se produire lors du mlange des solutions S1 et S2 et calculer la constante d'quilibre associe K.

2. Calculer les quantits de matire des ractifs en prsence l'tat initial. Exprimer puis calculer le quotient de raction initial Qr,i . En dduire le sens d'volution spontane du systme chimique.

3. Exprimer Qr,q , quotient de raction l'quilibre et donner sa valeur. Dpend-il des conditions initiales ? 4. Dresser le tableau d'avancement du systme chimique et calculer la valeur de l'avancement l'quilibre

xq.

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Calculer le taux d'avancement final. La raction est-elle totale ? Calculer les concentrations des espces chimiques prsentes en solution l'tat final.

Exercice 27 Acide ascorbique et hydroxyde de sodium

L'acide ascorbique, couramment dnomm vitamine C, est un rducteur naturel que l'on qualifie usuellement d'antioxydant. On le trouve dans de nombreux fruits et lgumes. Une carence prolonge en vitamine C favorise le scorbut. On a montr que la vitamine C peut prvenir des petits maux quotidiens tels que le rhume ainsi qu'aider dans le traitement de certains cancers. En pharmacie il est possible de trouver l'acide ascorbique, par exemple sous forme de comprims "de vitamine C 500".

Pour simplifier, l'acide ascorbique, de formule brute C6H8O6, sera dsign par HA dans la suite de l'exercice.

Dans cette tude, on envisage la raction trs rapide entre une solution aqueuse d'acide ascorbique de concentration molaire en solut apport CA = 1,00 10-2 mol.L-1 et une solution aqueuse d'hydroxyde de sodium de concentration molaire en solut apport CB = 2,00 10-2 mol.L-1. Le volume initial de la solution aqueuse d'acide ascorbique est VA = 20,0 mL et on note VB le volume de la solution aqueuse d'hydroxyde de sodium verse.

1. Ecrire l'quation traduisant cette raction. 2. On tudie le mlange, 25C, lorsque l'on a vers VB = 5,0 mL de solution aqueuse d'hydroxyde de

sodium. Le pH du mlange est alors gal 4,0. En dduire la concentration en ions oxonium H3O+ dans ce mlange. Calculer la concentration en ions hydroxyde dans ce mlange. En dduire la quantit nf (HO- )d'ions hydroxyde prsents l'tat final dans ce mlange. On donne le produit ionique de l'eau 25C : Ke = 1,0 10-14. La transformation est-elle totale ? La raction associe cette transformation peut-elle servir de support au dosage d'une solution aqueuse d'acide ascorbique par une solution aqueuse d'hydroxyde de sodium ?

3. Dosage colorimtrique d'un comprim de vitamine C : On crase un comprim de "vitamine C 500" dans un mortier. On dissout la poudre dans un peu d'eau distille et on introduit l'ensemble dans une fiole jauge de 100,0 mL ; on complte avec l'eau distille. Aprs homognisation, on obtient la solution S. On prlve un volume VA = 10,0 mL de la solution S que l'on dose avec une solution aqueuse d'hydroxyde de sodium de concentration molaire en solut apport CB = 2,00 10-2 mol.L-1 en prsence d'un indicateur color convenablement choisi. L'quivalence est obtenue pour un volume de solution aqueuse d'hydroxyde de sodium VBE = 14,4 mL. Reprsenter un schma annot du dispositif pour raliser ce tirage. Quel indicateur color doit-on choisir parmi les trois proposs ci-aprs ? On donne la zone de virage de quelques indicateurs colors :

indicateur color zone de viragerouge de mthyle 4,2 - 6,2

bleu de bromophnol 3 - 4,6 rouge de crsol 7,2 - 8,8

4. Dfinir l'quivalence. Calculer la quantit d'acide ascorbique dans les10,0 ml de solution tire en utilisant les donnes introductives de la question 2. En dduire la masse en m, en mg, de l'acide ascorbique contenu dans un comprim. Expliquer l'indication du fabricant "vitamine C 500". On donne les masses molaires atomiques en g.mol : M(C) = 12,0 ; M(H) = 1,0 ; M(O) = 16,0

5. Etude de la molcule de l'acide ascorbique : La formule semi dveloppe de l'acide ascorbique est la suivante :

Les proprits acido-basiques de cette molcule sont dues l'hydrogne du groupe caractristique (ou fonctionnel) entour par un cercle. Cette molcule possde d'autres groupes caractristiques. A quelle famille de composs correspondent respectivement les groupes caractristiques (ou fonctionnels) encadrs dans la formule de l'acide ascorbique et nots (1) et (2) ?

Exercice 28 Identification d'un couple acide base

Donnes :

formule pKa masse molaire de AH (g/mol) HCOOH / HCOO- 3,75 46

H3C-COOH / H3C-COO- 4,75 60 HN3 /N3- 4,72 43

H5C2-COOH / H5C2-COO- 4,87 74 HClO / ClO- 7,3 52,5

Dtermination du pKa du couple acide / base

Afin de dterminer le pKa d'un couple acide base, not AH / A-, on mesure le pH de solutions contenant les deux espces conjugues de ce couple. On utilisera une solution S1 contenant l'espce A- de concentration molaire c1= 0,1 mol/L et une solution S2 contenant l'espce AH, de concentration c2 = 0,1 mol/L. Avec un pHmtre, on mesure le pH de plusieurs mlanges raliss dans des bchers. V1 reprsente le volume de S1 et V2 celui de S2.

mlange 1 2 3 4 5 6 7 8 pH 3,8 4,2 4,5 4,7 4,9 5,1 5,4 5,8

V1 mL 4 10 20 30 40 40 40 40V2 mL 40 40 40 40 30 20 10 4

1. Complter le tableau suivant :

mlange 1 2 3 4 5 6 7 8pH

V1/V2 log(V1/V2)

2. Tracer la courbe pH = f(log(V1/V2)) 3. En admettant que, pour chaque mlange, [A-] / [AH]=V1/V2 dduire de la courbe la relation qui existe

entre le pH et log ([A-] / [AH]) 4. Ecrire l'quation bilan associe la raction entre l'acide AH et l'eau. En dduire la constante d'acidit

Ka du couple AH / A- puis la relation liant le pH de la solution et le pKa de ce couple. 5. Dduire des questions prcdentes une valeur approche du pKa de ce couple.

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Identification du couple acide base :

1. Quels sont les couples acide base du tableau que l'on peut liminer l'issue de l'tude prcdente ? 2. On a pes 1,87 g d'acide AH pour raliser 250 mL de solution S2 de concentration 0,1 mol/L.

Dterminer la masse molaire du compos HA. Identifier le couple AH / A-.

Exercice 29 Lacide propanoque

L'acide propanoque C2H5-COOH appartient au couple acide base: acide propanoque/ion propanoate pKa = 4,87. L'tiquette d'un flacon contenant une solution d'acide propanoque propose deux valeurs de concentration molaire C1 = 0,028 mol/L et C2 = 0,03 mol/L.

1. Un oprateur teste cette solution S1 en mesurant son pH. Le pH-mtre indique pH1 = 3,4. Cette mesure permet-elle d'affirmer que l'acide propanoque est un acide faible ? Justifier. Ecrire l'quation bilan de la raction entre l'acide propanoque et l'eau. Donner l'expression de la constante d'acidit du couple acide propanoque/ ion propanoate.

2. On ajoute la solution S1 quelques gouttes d'une solution d'hydroxyde de sodium. Le pH prend alors la valeur pH2 = 5,4. Indiquer, sans calcul, quelle est l'espce du couple qui prdomine dans la solution ainsi obtenue ? Faire l'inventaire des couples acide base qui interviennent dans la solution S1 et dans la solution de soude. Les classer sur une chelle des pKa. Prvoir et crire l'quation bilan de la raction acide-base qui se produit lors du mlange de la solution S1 et de la solution de soude. Calculer la constante de cette raction. La raction est-elle totale? Justifier.

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3. L'oprateur veut dterminer la concentration molaire relle de la solution S1. Pour cela il introduit dans un bcher un volume V = 20 mL de la solution S1. Il verse progressivement dans ce bcher une solution de soude de concentration 0,05 mol/L et relve rgulirement le pH.

Donner la dfinition de l'quivalence acido-basique. Dterminer les coordonnes du point quivalent E. En dduire la concentration molaire C de la solution S1. A partir de la courbe, retrouver la valeur du pKa du couple acide propanoque / ion propanoate. Justifier la mthode.

Exercice 30

On simule le titrage de 20 mL d'une solution aqueuse d'un acide not AH, de concentration en solut apport CA=10-2 mol/L, par une solution de soude de concentration CB=0,01 mol/L. Le document ci-dessous est le rsultat de la simulation. Le logiciel a trac simultanment :

- les variations de pH en fonction du volume de soude vers au cours du titrage. - Les variations des concentrations molaires (en millimoles /L) de l'acide AH et de sa base conjugue

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Oh, la la la !!!!

1. Identifier sans justification chacune des courbes reprsentes par les nombres 1, 2, 3. 2. Graduer l'axe des abscisses. Noter sur la copie la valeur de VB correspondant une division sur l'axe des

abscisses. 3. On tudie la solution d'acide AH avant l'addition de soude :

Ecrire l'quation chimique de la raction de l'acide AH avec l'eau et dresser le tableau d'avancement. Calculer l'aide des courbes de simulation, le taux d'avancement final de cette raction. Rappeler la dfinition de la constante d'acidit du couple AH / A-. Exprimer cette constante en fonction du taux d'avancement final de la raction de AH avec l'eau. Si on recommence une simulation avec une solution de concentration CA' suprieure CA la raction de l'acide avec l'eau sera-t-elle plus ou moins avance ?

4. On tudie la raction du titrage : Ecrire l'quation chimique de la raction de titrage. Quelle est la valeur du pKa du couple AH / A- ? Etablir le tableau d'avancement de cette raction quand on a ajout 5 mL de soude. Quel est le taux d'avancement final d'une raction de titrage ? En dduire la concentration attendue en A- quand on a ajout 5 mL de soude.

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Exercice 31 Acide base

1. L'hlianthine est un indicateur color qui met en jeu un couple acide/base du type HIn/In- de pKa = 3,8 25C. La zone de virage de l'hlianthine est [3,1 - 4,5]. La forme acide est rouge, la forme base conjugue est jaune. Parmi les affirmations suivantes combien y en a t-il d'exactes ? a) Une solution aqueuse d'hlianthine de pH=5,8 est jaune. b) L'hlianthine peut tre utilis lors du titrage d'une solution d'acide thanoque par une solution d'hydroxyde de sodium. c) L'hlianthine apparat jaune en prsence d'une solution d'acide chlorhydrique obtenue par la mise en solution de 10 mL de chlorure d'hydrogne dans 250 mL d'eau pure (volume molaire = 24 L/mol) Rappel : HCl + H2O--> H3O+ + Cl-. d) Une solution aqueuse d'hlianthine telle que 3[HIn]=[In-] a un pH de 3,8.

2. On dispose d'une solution d'acide chlorhydrique commerciale. Sur l'tiquette on lit : densit = 1,19 ; pourcentage massique en chlorure d'hydrogne 36% ; masse molaire HCl : 36,5 g/mol. Quel volume (en mL) de la solution commerciale doit-on prlever pour prparer 3L de solution d'acide chlorhydrique 0,02 mol/L ? 5 ; 26 ; 65 ; 85 ; 96 ; 112

3. On fait ragir 10 mL d'acide sulfurique sur de la poudre d'aluminium. Il se forme 240 mL de dihydrogne. Les couples mis en jeu sont : H+ / H2 et Al3+ / Al. Le volume molaire vaut : 24 L/mol. Dterminer la masse (mg) d'aluminium ayant ragi : 2 ; 30 ; 75 ; 120 ; 158 ; 180.

4. On ralise le titrage de 20 mL d'une solution de dioxyde de soufre par une solution de diiode 0,08 mol/L. Il faut verser un volume de 14,2 mL de diiode pour obtenir l'quivalence. Les couples mis en jeu sont : SO42- / SO2 et I2 / I-. Volume molaire = 24 L/mol. Dterminer le volume en mL de dioxyde de soufre que l'on a dissout dans 500 mL d'eau pour obtenir la solution prcdente. 148 ; 245 ; 432 ; 542 ; 682 ; 726.

5. On verse 14,2 g d'acide propanoque et 8,1 g de 3-mthylpentan-1-ol dans un ballon. On ajoute 2 mL d'acide sulfurique concentr et quelques grains de pierre ponce. On effectue un chauffage reflux pendant 50 min. On dtermine par un titrage appropri qu'il s'est form 4,8 g d'ester. Parmi les propositions suivantes combien y en a-t-il d'exactes ? a) La pierre ponce permet de rguler l'bullition lors du chauffage reflux. b) L'acide sulfurique permet d'augmenter le rendement lors de la synthse de l'ester. c) L'acide propanoque a t introduit en excs par rapport l'alcool. d) La formule semi-dveloppe de l'ester s'crit : CH3-CH2-CH2-COO -CH2-CH2-CH(CH3)-CH2-CH3.

Exercice 32 Acide benzoque, benzoate de sodium.

La solubilit s( en g/L) dans l'eau d'une substance est la masse maximale de substance que l'on peut dissoudre dans 1 L d'eau. - Acide benzoque C6H5COOH, solide blanc, monoacide faible peu soluble dans l'eau; masse molaire M=122 g/mol. - Benzoate de sodium C6H5COONa solide ionique blanc ; masse molaire M=144 g/mol - couple acide base : C6H5COOH /C6H5COO- pKa = 4,2. - indicateur color: rouge de crsol : zone de virage jaune [7,2 - 8,8] rouge. Donne : 100,7 = 5.

1. Ecrire l'quation bilan entre l'acide benzoque et l'eau. Rappeler la dfinition de la constante d'acidit du couple acide benzoque / ion benzoate et en dduire les domaines de prdominance. On mesure le pH d'une solution d'acide benzoque: pH=3,5. En dduire le rapport [C6H5COOH] / [C6H5COO-]

2. On se propose de prparer une solution S de benzoate de sodium de concentration c=0,2 mol/L partir d'une solution S0 de benzoate de sodium de concentration C0=0,5 mol/L. Indiquer la procdure suivre.

3. A 10 mL de la solution S on ajoute un peu d'acide chlorhydrique concentr. On note l'apparition d'un prcipit blanc.

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Ecrire l'quation bilan de la raction mise en jeu. Calculer la constante de raction et conclure. Prciser le nom de ce prcipit et justifier qualitativement de sa formation.

4. On se propose de dterminer la solubilit de l'acide benzoque 25C.. On pse environ 0,4 g d'acide benzoque et on l'introduit dans un bcher contenant 100 mL d'eau distille. Aprs quelques minutes d'agitation, des petits grains restent en suspension. Une filtration permet d'obtenir la solution sature en acide benzoque de concentration Ca. On introduit un volume VA=10 mL de cette solution; on y ajoute quelques gouttes de rouge de crsol et on dose par une solution de soude de concentration CB=0,01 mol/L. Le rouge de crsol change de couleur pour un volume de soude vers gal 20 mL. Expliquer la prsence de grains en suspension dans le mlange avant la filtration. Ecrire l'quation bilan de la raction de dosage. Dfinir l'quivalence de cette raction et en dduire la concentration molaire CA de la solution d'acide benzoque. Dterminer la valeur de la solubilit s de l'acide benzoque

Exercice 33 Conductimtrie et raction acido-basique

1. Ecrire l'quation d'autoprotolyse de l'eau et calculer la conductivit 0 de l'eau pure 25C. 2. A 25C la conductivit d'une solution aqueuse d'acide fluorhydrique de concentration c=0,1 mol/L est

= 0,324 S/m. Ecrire l'quation de la raction entre l'acide fluorhydrique et l'eau. Donner l'expression de la constante d'acidit Ka correspondante. Comparer et 0 et conclure. Calculer le taux d'avancement , l'quilibre de la raction de l'acide fluorhydrique avec l'eau. Quel est le pH de la solution d'acide fluorhydrique ? Calculer le pKa du couple HF/ F-.

Donnes : conductivit molaire ionique (mS m mol-1). H3O+ : 35 ; HO- : 19,9 ; F- :

3. Dtermination d'une constante d'acidit par conductimtrie

Conductance et conductivit sont proportionnelles G= k avec k= 2,5 10-3 m. H3O+ = 35 10-3 S m2 mol-1 ; CH3COO- = 4,1 10-3 S m2 mol-1 ; Dans un bcher on verse V0= 100 mL d'une solution d'acide thanoque de concentration apporte c0= 10-3 mol/L. La conductance vaut G= 11 S.

Questions :

1. La conductance de la solution est-elle change si on modifie lun des paramtres suivants, les autres restant identiques : la concentration C0 ; le volume V0 de la solution ; la temprature ? Justifier.

2. Ecrire l'quation bilan de la raction entre l'acide et l'eau. 3. Donner l'expression du quotient de raction et en dduire l'expression de la constante d'quilibre en

fonction de xq, V0 et C0. 4. Donner l'expression de la conductance G et en dduire une relation entre G et xq. Calculer xq en mol. 5. Calculer le taux d'avancement final. La transformation peut-elle tre considre comme totale ? 6. Calculez la constante d'acidit et le pKa du couple acide actique / ion actate.

Cette constante est-elle modifie si on utilise une solution plus dilue ? Justifier.

Exercice 34 Ammoniac

Le pH d'une solution aqueuse S0 d'ammoniacNH3 de concentration apporte c0=0,01 mol/L vaut 10,6 25C.

1. Ecrire l'quation de la raction de l'ammoniac avec l'eau. 2. Exprimer puis calculer le quotient de raction l'tat d'quilibre Qr,q et le taux d'avancement final 0. 3. A partir du systme l'quilibre on envisage diffrentes situations :

- On ajoute une pointe de spatule de chlorure d'ammonium solide. - On ajoute une goutte d'une solution dilue d'acide chlorhydrique (sans variation de volume) - On chauffe la solution (la solubilit du gaz volue en sens inverse de la temprature) Prciser le sens d'volution du systme dans les trois situations.

4. On dilue 10 fois la solution S0 prcdente et on mesure le pH de la solution dilue note S1 : pH=10.Calculer le taux d'avancement final 1 de la raction dans cette nouvelle solution. - Comparer 0 1 et conclure.

Donnes : 10-0,4 = 0,4 ; 1/6 = 0,17.

Exercice 35 Acide benzoque

Lacide benzoque C6H5COOH est un solide blanc 25C; sa solubilit est gale 0,02 mol/L et son pKa = 4,2. On donne C=12, H=1, O=16 g/mol. La solubilit est la quantit maximale d'acide que l'on peut dissoudre dans un litre d'eau.

1. Parmi les affirmations suivantes lesquelles sont fausses ? a- Lorsqu'on acidifie suffisamment une solution de benzoate de sodium C6H5COO- Na+ il se forme un solide blanc. b- L'acide thanoque de pKa = 4,8 est un acide plus fort que l'acide benzoque. c- Si le pH d'une solution aqueuse contenant entre autre de l'acide benzoque est gal 5, l'espce majoritaire est l'acide benzoque. a) seule ; b) seule ; c) seule ; a) et b) ; a) et c) ; b) et c) ; toutes; aucune

2. Calculer la masse d'acide benzoque que l'on peut dissoudre sans 100 mL d'eau pure. 2,44 g ; 24,2 mg ; 244 mg ; 2,44 mg ; 24,4 g ; 0,244 mg ; 0 g ; 244 g

3. On ajoute une solution d'hydroxyde de sodium 0,1 mol/L 75 mL d'une solution sature d'acide benzoque additionne de quelques gouttes de phnolphtaline. Pour quel volume (mL) de la base vers le virage de l'indicateur se produit-il ? 1 ; 10 ; 15 ; 5 ; 20 ; 25 ; 8 ; 12

4. On mlange maintenant 10 mL d'acide benzoque 0,001 mol/L et 5 mL d'une solution d'thylamine C2H5NH2 0,001 mol/L. On donne pKa(C2H5NH3+ / C2H5NH2) =10,4. Calculer la constante d'quilibre de la raction acido-basique. 3,16 107 ; 3,16 10-7; 3,16 10-6; 5,01 10-4; 3,16 106; 3,16 10-7; 1,58 10-4; 2000 ; 5 1010.

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5. Sachant que la raction entre l'acide benzoque et l'thylamine est totale calculer la concentration du benzoate d'thylamonium (mmo / L) 0,55 ; 1 ; 0,15 ; 3,3 ; 0,2 ; 0,33 ; 0,23 ; 0,66.

Pom Pom Dom. Facile !

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Exercice 36 Acide base

On dispose des couples acide/base: acide thanoque / ion thanoate pKa = 4,8 ; acide mthanoque / ion mthanoate pKa = 3,8. On donne pKe = 14. A partir de solutions de mme concentrations C=0,1 mol/L on prpare les solutions S1, S2, S3, S4 :

ac mthanoque mthanoate de sodium ac thanoque thanoate de sodium pHS1 10 mL 20 mL 4 S2 25 mL 5 mL 4,1S3 1 mL 10 mL 4,8S4 10 mL 1 mL 3,8

On mlange ensuite les solutions S1 et S2 conduisant une solution M et les solutions S3 et S4 conduisant une solution M'.

1. Montrer partir du calcul du taux d'avancement, que pour la solution S1, tout se passe comme si les entits acido-basiques introduites en solution n'avaient pas ragi avec l'eau. Un calcul analogue montre que l'eau ne ragit pas avec les entits acido-basiques apportes par les solutions S2, S3, S4.

2. Ecrire l'quation de la raction acido-basique modlisant la transformation susceptible de se produire dans le mlange M et le mlange M'.

3. Exprimer la constante d'quilibre et calculer sa valeur. 4. Dterminer dans quel sens se produit la transformation dans le mlange M et dans le mlange M'.

Exercice 37

Le calcaire et le tartre contiennent essentiellement du carbonate de calcium CaCO3. Ce compos est peu soluble dans l'eau pure. Cette dissolution se fait selon l'quation : CaCO3 = Ca2+ + CO32-. Dans une eau calcaire charge en dioxyde de carbone, il se passe une raction dont la constante d'quilibre vaut K= 103,9 ; l'quation de cette raction est : CO32-+ CO2 + H2O = 2HCO3- (1)

1. On donne les couples acide/base suivants avec leur constante d'acidit : HCO3-/CO32- ; Ka1 = 10-10,3 ; CO2 + H2O /HCO3- ; Ka2 = 10-6,4. Montrer comment on peut retrouver la constante K partir des constantes d'acidit.

2. Des facteurs physiques et physico-chimiques influent sur l'volution de la raction (1). On demande comment volue le systme {CO32- ; HCO3-} : - si l'eau subit un apport de sources volcaniques riches en CO2 dissout. - si la temprature de l'eau s'lve. - si les plantes prlvent CO2 par synthse chlorophyllienne

Exercice 38 Ractions acido-basiques

I- Identifier un indicateur color

On dispose d'un flacon d'indicateur color avec la seule indication C0= 2,9 10-4 mol/L. La mesure du pH donne 4,18. On en dduit [H3O+]=6,6 10-5 mol/L. Le couple acide base prsent dans l'indicateur color est not Hind / Ind-. La solution de l'indicateur color a t prpare partir de la forme acide Hind. L'quation de Hind avec l'eau s'crit : Hind + H2O = Ind- + H3O+(1)

1. Soit un volume V= 100 mL de la solution de l'indicateur color, dterminer le taux d'avancement final de la raction de l'acide Hind avec l'eau. Cet acide est-il totalement dissoci dans l'eau ? Justifier.

2. Donner l'expression de la constante d'acidit Ka de la raction (1). 3. Si Ka = 1,9 10-5, calculer le pKa du couple Hind / Ind- et identifier l'indicateur d'aprs les donnes

suivantes :

indicateur couleur acide zone de virage couleur basique pKahlianthine jaune orang 3,1 - 4,4 rouge 3,7

vert de bromocrsol jaune 3,8 - 5,4 bleu 4,7bleu de bromothymol jaune 6 - 7,6 bleu 7

phnolphtaline incolore 8,2 - 10 fuschsia 9,4

II- Dosage d'une solution d'acide chlorhydrique concentr

Sur l'tiquette du flacon on lit 33% minimum en masse d'acide chlorhydrique. On veut connatre la concentration molaire c0 de cette solution note S0. - On dilue 100 fois S0 et on obtient une solution S1 de concentration C1. - On prlve V1=100 mL de S1 que l'on dose par conductimtrie l'aide d'une solution d'hydroxyde de sodium de concentration CB= 0,1 mol/L. On donne le graphe (a) reprsentant la conductance de la solution en fonction du volume V de la solution titrante verse

1. Ecrire la raction du dosage. 2. Dterminer (graphe (a)) le volume quivalent VE. 3. Donner la relation entre C1, CB, VE et V1 l'quivalence. Calculer C1. 4. En dduire C0 et calculer la masse m0 d'acide chlorhydrique HCl dissoute dans un litre de S0. Cl=35 ;

H= 1 g/mol. Quelle est la masse m d'un litre de solution ? 5. Calculer le pourcentage massique de la solution S0. L'indication de l'tiquette est-elle correcte ? 6. Sur le graphe donnant le dosage suivi par pH-mtrie, indiquer la zone de virage de l'indicateur color

identifi ci-dessus. Dcrire le changement de couleur observ lors du dosage. 7. Dans la liste des indicateurs colors y a t il un indicateur color mieux adapt pour reprer l'quivalence

du dosage ?

Exercice 39 acide formique, conductimtrie

Le transfert d'informations par signaux chimiques entre individus s'effectue l'aide de phromones. Par exemple :

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Dans une criture topologique, on ne reprsente pas les atomes de carbone ni les atomes d'hydrogne lis aux atomes de carbone.

1. Entourer et nommer les groupes caractristiques prsents dans les molcules A et B. 2. A appele thanoate de 3-mthylbutyle, peut tre synthtise partir de l'acide thanoque et d'un

alcool D. - Donner le nom et la formule semi dveloppe de D. - Ecrire l'quation de la raction associe la transformation chimique de synthse de A partir d'acide thanoque et de l'alcool D. Comment appelle-t-on cette raction ? Prciser ses caractristiques. - La mme transformation est ralise en prsence d'acide sulfurique. Les affirmations suivantes qui dcrivent le rle de l'acide sulfurique sont-elles vraies ou fausses ? * affirmation 1 : l'acide sulfurique modifie l'tat d'quilibre du systme. * affirmation 2 : l'acide sulfurique permet d'accrotre le taux d'avancement final. * affirmation 3 : l'acide sulfurique augmente la vitesse de la raction sans apparatre dans l'quation de la raction.

3. La synthse de A peut tre ralise en remplaant l'acide thanoque par l'anhydride thanoque. Quels seront les effets de ce changement de ractif sur la transformation ?

4. On ralise l'hydrolyse basique de C, note R-COOCH3. Ecrire l'quation de la raction associe cette transformation. Prciser ses caractristiques.

5. Les phromones peuvent tre utilises pour piger les insectes. Il suffit de 10-15 g/L de solution de la molcule B pour attirer les insectes. - Calculer la concentration molaire de cette solution. (C:12 ; H: 1 ; O : 16 ; N: 14 g/mol) - Citer deux avantages des phromones utilises comme insecticide par rapport aux insecticides classiques utiliss en agriculture

Exercice 40 Dtermination d'une constante d'quilibre

Quelques valeurs numriques : log(2 10-4)= -3,7 ; 2/2,3 = 0,87 ; 2/2,7 = 0,74 ; 2/3 = 0,67 ; 1,25= 1,56 proche 1,6 ; 4/2,5 = 1,6 ; 5/4 = 1,25 ; 100/1,25 = 80.

1. La transformation chimique tudie : l'acide thanoque CH3-CO2H, ou acide actique ragit de faon limite avec l'eau selon: CH3-CO2H (aq) + H2O (l) = CH3-CO2- (aq) + H3O+(aq)

1. Donner la dfinition d'une base de Bronsted 2. Dans l'quation ci-dessus, identifier puis crire les deux couples acide base mis en jeu. 3. Exprimer la constante d'quilibre K associe l'quation de cet quilibre chimique.

2. Etude Phmtrique : une solution d'acide thanoque, de concentration molaire initiale c1= 2,7 10-3 mol/L et de volume v1= 100 mL a un pH de 3,70 25C.

1. Dterminer la quantit de matire initiale d'acide thanoque n1. 2. Complter le tableau d'avancement en fonction de n1, xmax ou xf. Exprimer puis calculer l'avancement

maximale thorique xmax. Justifier

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avancement CH3-CO2H (aq) + H2O (l) = CH3-CO2- (aq) + H3O+(aq) initial x=0

final thorique x=xmax final x=xf

en excs

3. Dduire de la valeur du pH, la concentration molaire finale en ions oxonium de la solution d'acide thanoque. Exprimer puis calculer l'avancement final exprimental de la raction not xf.

4. Donner l'expression littrale du taux d'avancement 1 de la raction. Vrifier en posant l'opration que 1 = 7,4 10-2. La transformation tudie est-elle totale ? Justifier.

5. Exprimer puis calculer la concentration molaire finale en ion thanoate CH3-CO2-(aq). Exprimer la concentration finale effective de l'acide thanoque. Calculer sa valeur.

6. Vrifier en posant l'opration que la valeur de la constante d'quilibre K1 associe l'quation de cet quilibre est gale 1,6 10-5.

Exercice 41 Etude conductimtrique

I. Etude conductimtrique : on mesure, 25C, la conductivit d'une solution d'acide thanoque de concentration C2 = 1,0 10-1 mol/L. Le conductimtre indique = 5,00 10-2 S/m.

1. Citer les espces ioniques majoritaires prsentes dans cette solution. Donner la relation liant leur concentration molaire.

2. Donner l'expression littrale de la conductivit de la solution en fonction des concentrations molaires finales en ion oxonium et thanoate.

3. Donner l'expression littrale permettant d'obtenir les concentrations molaires finales ioniques en fonction de , H3O+, CH3-CO2-. Dterminer la valeur de la concentration molaire finale en ion oxonium et thanoate en mol m-3 puis en mol/L. H3O+= 35,9 10-3 S m mol-1 ; CH3-CO2-=4,1 10-3 S m mol-1 ;

4. L'exprimentateur affirme que dans le cas prsent, la solution d'acide thanoque est suffisamment concentre pour pouvoir faire les approximations suivantes : Approximation 1 : la concentration molaire finale en ion thanoate est ngligeable devant la concentration molaire initiale en acide thanoque. Ceci se traduit par l'ingalit : [CH3-CO2-]f

3. Un lve propose les deux affirmations suivantes. Prciser si elles sont justes ou fausses et justifier. Affirmation 1 : plus l'acide est dissoci, plus le taux d'avancement final est grand. Affirmation 2 : plus la solution d'acide thanoque est dilue, moins l'acide est dissoci.

Exercice 41 A quoi est due la couleur des fleurs d'hortensias ?

Certaines fleurs, comme celles des hortensias, possdent des couleurs varies dues des pigments naturels. Les couleurs rouge, mauve, violette et bleue viennent de la prsence d'anthocyanines dans les ptales. La couleur violette est due la molcule suivante que l'on notera HA dans la suite de l'exercice.

1. Introduction : HA peut appartenir deux couples H2A+ / HA de pKa1 = 4,3 et HA / A- de pKa2 = 7. L'espce H2A+ est rouge, l'espce HA est violette et l'espce A- est bleue. On rappelle que pKe = 14. - Donner la dfinition d'un acide selon Brnsted. - Prciser dans chacun des 2 couples la forme acide et la forme basique.

2. Comportement de HA en tant qu'acide : - crire l'quation de la raction de HA en tant qu'acide avec l'eau. - Donner l'expression de la constante d'quilibre de cette raction. Comment appelle-t-on cette constante? Donner sa valeur. Le pH d'une solution contenant HA est de 10. - partir de l'expression de K, valuer littralement, puis calculer le rapport [A-]q/[HA]q. - En dduire l'espce prdominante. Conclure sur la couleur de la solution.

3. Comportement de HA en tant que base : - crire l'quation de la raction de HA en tant que base avec l'eau. - Donner l'expression de la constante d'quilibre K ' de cette raction. Quelle est la relation entre Ka1 et K ' ?

4. Conclusion : couleur des hortensias - Placer sur un diagramme les domaines de prdominance des espces H2A+, HA et A- suivant les valeurs du pH. - Pourquoi les fleurs d'hortensias peuvent-elles changer de couleur suivant la nature du sol ?

Exercice 42 Titrage et indicateurs colors

La premire utilisation d'un indicateur color pour les titrages acido-basiques remonte 1767 par W. Lewis. Il employait un extrait de tournesol (...). On utilisait l'poque des extraits de plantes qui changent de couleur avec l'acidit du milieu (...). On peut en citer quelques-uns parmi les plus connus et les meilleurs : l'artichaut (...) , la betterave rouge (...) , le chou rouge, de loin l'extrait le plus intressant car sa couleur change nettement suivant la valeur du pH :

pH 0 - 3 4 - 6 7 - 8 9 - 12 13 - 14couleur rouge violet bleu vert jaune

(Daprs Chimie des couleurs et des odeurs. )

1. Des indicateurs colors en cuisine.

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Le chou rouge est un lgume riche en fibres et en vitamines, qui se consomme aussi bien en salade que cuit. Mais la cuisson du chou rouge peut rserver des surprises : chou rouge et eau de cuisson deviennent rapidement bleus. Pour rendre au chou sa couleur violette, on peut ajouter un filet de citron ou du vinaigre. Aprs avoir goutt le chou, une autre modification de couleur peut surprendre le cuisinier : verse dans un vier contenant un dtergent, l'eau de cuisson devient verte. En utilisant les textes ci-dessus :

1. Donner la proprit essentielle d'un indicateur color acido basique. 2. Prciser le caractre acide ou basique du vinaigre et du dtergent.

2. Des indicateurs colors pour les titrages.

De nos jours, les indicateurs colors sont toujours largement utiliss pour les titrages. La pH-mtrie est une autre technique de titrage acido-basique qui permet en outre de choisir convenablement un indicateur color acido-basique pour ces mmes titrages. Dans la suite de l'exercice, on s'intresse au titrage de l'acide thanoque de formule CH3-CO2H (not par la suite HA) contenu dans un vinaigre commercial incolore. La base conjugue de cet acide sera note A-.

1. Dilution du vinaigre : le vinaigre commercial tant trop concentr pour tre titr par la solution d'hydroxyde de sodium disponible au laboratoire, on le dilue dix fois. On dispose pour cela de la verrerie suivante :

prouvette 5 mL 10 mL 25 mL 50 mL 100 mL pipettes jauges 1,0 mL 5,0 mL 10,0 mL 20,0 mL fioles jauges 150,0 mL 200,0 mL 250,0 mL 500,0 mL

Choisir dans cette liste la verrerie la plus approprie pour effectuer la dilution. Justifier.

2. Raction de titrage : on titre un volume VA = 10,0 mL de la solution dilue de vinaigre par une solution aqueuse d'hydroxyde de sodium (ou soude) de concentration molaire en solut apport CB = 1,0 10-1 mol/L. On ajoute un volume Veau = 60 mL afin d'immerger les lectrodes du pH-mtre aprs agitation. Le suivi pH-mtrique de la transformation permet de construire la courbe fournie ci-dessous :

Cette partie a pour but de vrifier que la transformation associe la raction de titrage est totale. Pour cela, on dterminera son taux d'avancement final pour un volume VB = 6,0 mL de solution aqueuse d'hydroxyde de sodium vers. Donne : produit ionique de l'eau 25C Ke = 10-14. - crire l'quation associe la raction de titrage.

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- Pour VB = 6,0 mL, dterminer le ractif limitant. - Pour VB = 6,0 mL, dterminer l'avancement maximal xmax. On pourra s'aider d'un tableau d'avancement. - Aprs avoir relev la valeur du pH du mlange obtenu, dterminer la quantit de matire d'ions hydroxyde restante aprs la transformation dans le volume total de mlange ractionnel. - Dterminer le taux d'avancement final et conclure.

3. Dtermination par titrage de la concentration molaire en acide thanoque apport du vinaigre : - Dterminer graphiquement le volume de la solution d'hydroxyde de sodium vers l'quivalence. Prciser la dmarche utilise. - Dterminer la valeur de la concentration molaire en acide thanoque apport CA dans le vinaigre dilu et en dduire la valeur de la concentration molaire en acide thanoque apport C0 du vinaigre commercial.

4. Retour historique... : On souhaite raliser un titrage colorimtrique de l'acide thanoque contenu dans le vinaigre dilu avec un des deux extraits naturels (artichaut et betterave rouge) utiliss au XVIIIe sicle. Pour chaque indicateur color, on considre que les teintes sont dues la prdominance d'une espce chimique, note AH pour sa forme acide et A- pour sa forme basique. Le pKA des couples sera not pKi. On donne les valeurs des pKi 25C : artichaut : (pKi)1 = 7,5 ; betterave rouge : (pKi)2 = 11,5

artichaut betteravepKi 7,5 11,5

teinte pour HAind dominant incolore rouge teinte pour A-ind dominant jaune jaune

- En utilisant l'expression de la constante d'acidit Ki, montrer que la relation suivante est vrifie : [A-ind]q/[HAind]q= 10pH-pKi. 5. On s'interroge sur les couleurs que prendrait le mlange ractionnel lors du titrage calorimtrique de l'acide thanoque en prsence d'une petite quantit de l'un ou l'autre de ces extraits naturels. La courbe pH-mtrique montre que, pour VB = 9,8 mL, le pH de la solution est voisin de 6,5 et que pour VB = 10,1 mL, il est voisin de 10,5. Pour chaque extrait naturel et pour chacun de ces deux volumes VB, dterminer la valeur du rapport [A-ind]q/[HAind]q puis complter la ligne correspondante du tableau.

artichaut betterave pKi VB =9,8 mL VB =10,1 mL VB =9,8 mL VB =10,1 mL

[A-ind]q/[HAind]q couleur

En dduire les couleurs observes dans chaque cas. Complter la ligne correspondante du tableau. Conclure sur l'indicateur color le plus adapt pour ce titrage. Pourquoi faut-il choisir un vinaigre incolore pour ce type de titrage ?

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Exercice 43 L'aspirine

L'aspirine reste le mdicament le plus consomm au monde. Elle peut se prsenter sous de multiples formes (comprims simples ou effervescents, poudre soluble...), chacune renfermant de l'acide actylsalicylique, principe actif. Par la suite, cet acide est not AH et l'ion actylsalicylate A-. Lexercice qui suit a pour but d'tudier le comportement de la molcule AH en solution aqueuse. La raction entre la molcule AH et l'eau modlise la transformation tudie. Les parties 1 et 2. ont en commun le calcul de l'avancement final de cette raction par deux techniques diffrentes dont la prcision sera discute dans la partie 3.

Donnes : Conductivits molaires ioniques 25 C Espces chimiques H3O+ HO- A-

en mS.m2.mol-1 35 19,9 3,6 PKa 25 C AH/A- : 3,5 Masse molaire molculaire de l'acide actylsalicylique AH : M = 180 g.mol-1.

Par dissolution d'une masse prcise d'acide actylsalicylique pur, on prpare un volume Vs = 500,0 mL d'une solution aqueuse d'acide actylsalicylique, note S1 de concentration molaire en solut apport CS = 5,55 10-3 mol.L-1.

1. Etude de la transformation chimique par une mesure de pH : A 25 C, la mesure du pH de la solution S l'quilibre donne 2,9. - Dterminer l'quilibre, la concentration [H3O+]q en ions oxonium dans la solution S prpare. - L'acide actylsalicylique AH ragit avec l'eau. Ecrire l'quation de la raction modlisant cette transformation chimique. - Dterminer l'avancement final xf de la raction (on pourra s'aider d'un tableau descriptif de rvolution du systme). - Dterminer l'avancement maximal xmax de la raction. - Dterminer le taux d'avancement final de la raction. La transformation tudie est-elle totale ?

2. Dtermination de la constante d'quilibre de la raction par conductimtrie. A 25 C, on mesure la conductivit de la solution S l 'aide d'un conductimtre. On obtient = 44 mS.m-1. Dans les conditions de l'exprience, on peut ngliger la contribution des ions HO- la conductivit de la solution. - Exprimer l'avancement final xf de la raction entre l'acide AH et l'eau en fonction de , des conductivits molaires ioniques utiles et du volume VS (on pourra s'aider du tableau descriptif de l'volution du systme ). - En dduire la valeur de xf. - Calculer les concentrations molaires l'quilibre des espces AH, A- et H3O+. - Donner l'expression de la constante d'quilibre associe l'quation de la raction entre l'acide AH et l'eau, puis la calculer.

3. Prcision des deux techniques utilises : pH-mtrie et conductimtrie. Le pH-mtre utilis donne une valeur de pH prcise O,1 unit de pH prs, et le conductimtre donne une valeur de conductivit prcise 1 mS.m-1 prs. La valeur du pH est donc comprise entre 2,8 et 3,0 et celle de la conductivit entre 43 mS.m-1 et 45 mS.m-1. Le tableau ci-dessous indique les valeurs de l'avancement final de la raction calcules pour ces diffrentes valeurs de pH et de conductivit :

pH = 2,8 pH = 3,0 = 43 mS.m-1 = 45 mS.m-1

xf (en mol) 7,9 10-4 5 10-4 5,6 10-4 5,8 10-4

Conclure brivement sur la prcision des deux techniques, sans procder un calcul d'erreur relative.

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Exercice 44 tude d'un produit mnager

L'ammoniac, NH3 est un gaz qui, dissout dans l'eau, donne une solution basique d'ammoniaque. Des solutions d'ammoniaque sont vendues dans le commerce. Ces solutions aprs dilution, sont utilises comme produit nettoyant et dtachant. On se propose d'tudier quelques proprits de l'ammoniac dissout puis de dterminer sa concentration dans un de ces produits. Donnes : masse molaire de l'ammoniac : 17g/mol ; couple acide base NH4+ / NH3 : Ka1 = 6,3 10-10. I. NH3 (aq)

1. L'ammoniac est une base en solution aqueuse. --Donner la dfinition d'une base selon Brnsted. Ecrire l'quation de la raction entre l'ammoniac et l'eau. Exprimer puis calculer la constante d'quilibre de cette raction.

2. On dissout dans un volume d'eau V=250 mL une quantit de matire n d'ammoniac gale 2,5 10-3 mol.

Le pH de la solution S obtenue vaut 10,6. Calculer la concentration C en solut apport. - Calculer la concentration en ion oxonium H3O+ dans la solution. - En dduire la concentration en ion hydroxyde HO- dans la solution. - Montrer que le taux d'avancement final peut s'crire = [HO-]f / c puis le calculer. - Que peut-on dire de la transformation ?

II. Dtermination de la concentration en ammoniac de la solution commerciale :

1. Dilution de la solution commerciale. Afin de dterminer la concentration C0 de la solution commerciale, on propose de raliser un titrage acido-basique de la solution commerciale. Celle-ci tant trs concentre, on fabrique par dilution, une solution S1 de concentration C1 mille fois plus petite. Parmi les lots de verrerie proposs, choisir en justifiant, celui que l'on doit utiliser pour raliser au mieux cette dilution.

lot 1 lot 2 lot 3 lot 4 pipette jauge 1 mL pipette gradue 10 mL pipette jauge 1 mL pipette jauge 10 mL

bcher 100 mL fiole jauge 1 L fiole jauge 1 L fiole jauge 1 L bcher 50 mL bcher 50 mL bcher 50 mL bcher 50 mL

2. Titrage acido-basique. On ralise un titrage pH-mtrique de V1 = 20,0 mL de solution S1 par une solution d'acide chlorhydrique (H3O+ ; Cl-) de concentration CA= 1,50 10-2 mol/L. L'quation support du titrage est : NH3 + H3O+ = H2O + NH4+. Pour obtenir l'quivalence il faut verser un volume VE = 14,3 mL d'acide chlorhydrique. On note que le pH l'quivalence vaut 5,7. - Dfinir l'quivalence d'un titrage. - Etablir la relation l'quivalence entre C1, V1, CA et VE. - En dduire C1 puis C0. - Parmi les indicateurs colors suivants, choisir en justifiant, celui qui pourrait tre utilis pour raliser ce titrage de faon colorimtrique.

indicateur color couleur forme acide zone de virage couleur forme basiquehlianthine rouge 3,1 - 4,4 jaune

rouge de chlorophnol jaune 5,2 - 6,8 rouge bleu de bromothymol jaune 6,0 - 7,6 bleu

phnolphtaline incolore 8,2 - 10 rose

Exercice 45 L'apparition d'une crampe

pH du sang et maintien de sa valeur : Le sang peut tre assimil une solution aqueuse ionique dont le pH (valeur voisine de 7,4) est quasiment constant et ne peut subir que de faibles fluctuations. Le maintien de la valeur du pH se fait par deux processus : - Le premier met en oeuvre le couple acide base CO2, H2O / HCO3- ( pKa1 = 6,1 37C) grce l'quilibre :CO2 + 2 H2O = HCO3- + H3O+ (1) - Le second processus est la respiration.

1. Donner l'expression de la constante d'acidit Ka1 relatif au couple rgulateur (raction 1). En dduire la relation entre pH et pKa1. - Calculer le rapport [HCO3-]/[CO2, H2O] dans le sang artriel normal. - Lors d'un effort physique la concentration en dioxyde de carbone dissout

dans le sang, au voisinage du muscle, augmente. Comment devrait varier le pH du sang ?

2. Pour viter cette variation du pH du sang, l'hmoglobine contenue dans le sang et la respiration interviennent pour liminer l'excs de dioxyde de carbone. Le transport des gaz dissout dans le sang peut tre modlis par l'quilibre : HbO2 + CO2 = HbCO2 + O2 (2) o Hb reprsente l'hmoglobine. - Au voisinage des poumons la quantit de O2 dissout augmente. Dans quel sens est dplac l'quilibre (2) ? - Au voisinage des muscles la quantit de CO2 dissout augmente. Dans quel sens est dplac l'quilibre (2) ? - Expliquer comment la respiration permet de maintenir constante la valeur du pH sanguin ?

Exercice 46 L'acide lactique : CH3-CHOH-COOH / CH3-CHOH-COO-

1. Entourer et nommer dans la formule de l'acide lactique les diffrents groupes fonctionnels de la molcule.

2. Donner la dfinition d'un acide. 3. Ecrire la raction de l'acide lactique avec l'eau. 4. Dans la cellule musculaire, l'acide lactique est form partir de l'acide pyruvique CH3-CO-COOH. La

transformation est une oxydorduction faisant intervenir le couple acide pyruvique / acide lactique. Ecrire la demi quation lectronique associe au couple. S'agit-il d'une oxydation ou d'une rduction de l'acide pyruvique ?

Variation locale du pH du sang en l'absence de pr