Chimie Notion de pH et réactions acide - base  Chap.1 Objectifs du TP

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02/09/20 TP01_pH_Acide_base.docx 1/3

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Thème : Constitution et transformation de la matière TP 1

Chimie Notion de pH et réactions acide - base  Chap.1

Objectifs du TP : - Mesurer le pH de solutions d’acide chlorhydrique obtenus par dilutions pour tester la relation entre le pH et la concentration en ion oxonium H3O⁺ apporté.

- Identifier à partir d’observations expérimentales les couples acide base mise en jeu.

I. Solution d’acide chlorhydrique

 L’acide chlorhydrique fut synthétisé par l’alchimiste Jabir Ibn Hayyan aux environs des années 800. Il est

également secrété par des cellules de la muqueuse de l’estomac et permet d’initier la digestion des protéines. Pour une digestion idéale, le pH de l’estomac se situe entre 1,5 (pendant la nuit) et 5 (début de digestion).

 Qu’y a-t-il dans une solution d’acide chlorhydrique ?

Protocole expérimental (Réaliser)

 Réaliser l’expérience du jet d’eau avec le professeur.

Exploitation (Analyser)

 Identifier les ions présents dans une solution d’acide chlorhydrique et compléter l’équation de la réaction du chlorure d’hydrogène avec l’eau : HCℓ(g) + H2O(l) 

 Est-ce judicieux d’appeler cette expérience « l’expérience du jet d’eau » ?

II. Notion de pH

 Quelle relation lie le pH d’une solution avec la concentration en ions oxonium H3O⁺ présents dans l’acide chlorhydrique

Document 1 : Expérience du jet d’eau

Le chlorure d’hydrogène HCℓ est un gaz très soluble dans l’eau. Sa dissolution dans l’eau donne une solution appelée acide chlorhydrique. On réalise l’expérience ci- contre.

Lorsque le jet s’arrête, retourner le ballon et verser quelques millilitres de la solution obtenue dans un tube à essai. Y ajouter quelques gouttes de nitrate d’argent.

Document 2 : L’hélianthine

L’hélianthine est un indicateur coloré de pH, c’est-à-dire que sa couleur change en fonction du pH de la solution dans laquelle elle se trouve. Sa couleur est rose en milieu fortement acide c’est-à-dire en présence d’une grande quantité d’ions oxonium (H3O⁺) et sinon il est jaune.

Document 3 : Le pH

La valeur du pH (potentiel Hydrogène) d’une solution, est un nombre compris entre 0 et 14. Il peut être mesuré avec un pH-mètre. Le pH est directement lié à la concentration en quantité de matière d’ions oxonium [H3O⁺] exprimée en mol.L^-1. Cette relation s’écrit :

pH = - log ([H3O⁺]/c°) avec c° la concentration standard égale à 1,0 mol.L^-1

Remarque : log (logarithme décimal) est une fonction mathématique qui a pour réciproque la fonction puissance de dix. On a : Log (10^a) = a et si a = log(b), b = 10^a

Matériel et produits mis à votre disposition

 Ballon avec tuyau et tube en verre

 Tube à essai

 Lampe à U.V

 Cristallisoir

 Pissette eau distillée

 Hélianthine

 Flacon nitrate d’argent

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1) A partir du matériel disponible, proposer un protocole expérimental pour préparer les six solutions du Document 5.

 Faire vérifier par le professeur puis le réaliser. 

2) Proposer un protocole permettant de vérifier expérimentalement la relation donnée au Document 3.

3) Calculer la concentration en ions H3O⁺de chaque solution préparée et compléter la première ligne du tableau du Document5.

4) Calculer le pH théorique de chaque solution et compléter la dernière ligne du tableau du Document5.

5) A l’aide des valeurs expérimentales obtenues, tracer le graphe pHexpérimental = f(- log ( [H3O⁺]/c°)). Commenter l’allure de la courbe. La linéariser.

6) Préciser l’utilisation de la relation pH = f(- log ( [H3O⁺]/c°)).

7) Quelles sont les solutions pouvant modéliser le milieu stomacal ? Problème (Raisonner)

8) On dispose d’une canette de Coca Cola dont on souhaite déterminer la concentration en ions oxonium. Proposer un protocole.

 Faire vérifier par le professeur puis le réaliser.  Matériel et produits mis à votre disposition

 pH-mètre

 Fiole jaugée 50,0 mL + bouchon

 Pipette jaugée 5,0 mL et 20,0 mL

 2 béchers 100 mL

 6 petits pots

 Coca dégazéifié

 1 L Solution S0 acide chlorhydrique de concentration en H3O⁺: C0 = 1,0 mol.L^-1

 Réserve eau distillée Document 4 : Principe du pH-mètre

Le pH-mètre est constitué d’une sonde, fragile, qu’il faut rincer à l’eau distillée, sécher doucement à l’aide d’un papier filtre et ensuite immerger dans la solution dont on veut déterminer le pH. La sonde est reliée à un écran qui affiche la valeur du pH mesuré.

La mesure du pH doit se faire sous agitation douce, à l’aide d’un agitateur magnétique qui ne doit pas toucher la sonde.

Document 5 : Solutions à réaliser

On souhaite préparer 6 solutions d’acide chlorhydrique de concentration notée C1, C2….C6 par dilution successives d’un facteur 10.

Solution S0 S1 S2 S3 S4 S5 S6

Concentration en

H3O⁺ (mol.L^-1) 1,0 pH expérimental

pH théorique

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III. Couples Acide-Base

 Depuis quelques années, l’hydrogénocarbonate de sodium et le vinaigre (qui contient de l’acide acétique)

reviennent en force dans la panoplie des produits ménagers. Par exemple, pour nettoyer les canalisations d’un évier, il est recommandé d’introduire de l’hydrogénocarbonate de sodium et d’y verser du vinaigre.

 Comment modéliser la transformation chimique entre les espèces qui interviennent ?

 A partir du matériel disponible, proposer un protocole expérimental pour déterminer la nature du gaz dégagé ainsi que les ions formés lors de la réaction du Document 6.

1) Ecrire l’équation de dissolution de l’hydrogénocarbonate de sodium dans l’eau.

a) En déduire les espèces présentes au début de la réaction du Document 6.

b) Donner leur schéma de Lewis.

2) Quelles sont les espèces présentes à la fin de la réaction ? Expliquer. Donner leur schéma de Lewis.

3) Déterminer l’espèce qui a été transféré entre les réactifs au cours de la réaction acide-base.

4) Par analogie avec les couples oxydant réducteur, identifier les deux couples acide-base qui interviennent au cours de la réaction étudiée.

a) Quelle espèce joue le rôle d’acide dans la transformation ? Quelle est sa base conjuguée ? b) Quelle espèce joue le rôle de base dans la transformation ? Quel est son acide conjugué ? Problème (Raisonner)

5) Déterminer le volume de gaz dégagé lors de la réaction.

Document 6 : Protocole expérimental

Dans un erlenmeyer de 100mL, introduire 2,0g d’hydrogénocarbonate de sodium puis verser 20mL d’acide éthanoïque.

Un dégagement gazeux apparaît.

Matériel et produits mis à votre disposition

 Erlenmeyer de 100mL

 Seringue avec tuyau

 Eau de chaux

 1L Acide éthanoïque à 1,0 mol.L^-1

 Hydrogénocarbonate de sodium solide

 Balance au décigramme

 Eprouvette de 20mL

 Coupelle plastique et spatule Document 7 : Données

- En présence d’ions argent Ag⁺, l’ion éthanoate donne un précipité blanc.

- En présence de dioxyde de carbone, l’eau de chaux se trouble.

- L’acide carbonique se dissocie dans l’eau pour former du dioxyde de carbone.

- Nom et formules brutes des espèces étudiées :

Noms Formules

Acide éthanoïque CH3COOH Acide carbonique H2CO3

Ion éthanoate CH3COO^- Ion hydrogénocarbonate HCO3-

- On considère que l’hydrogénocarbonate de sodium est dissous avant de réagir avec l’acide lors de la réaction du Document 6.

- Volume molaire des gaz dans les conditions de l’expérience : Vm = 24,0 L.mol^-1 - Masse molaire de l’hydrogénocarbonate de sodium : MNaHCO3 = 84,0 g.mol^-1

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Élèves : Bureau :

 pH-mètre

 Fiole jaugée 50,0 mL + bouchon

 Eprouvette 20 mL

 Pipette jaugée 5,0 mL

 Pipette jaugée 20,0 mL

 6 petits pots

 Coupelle en plastique + spatule

 Tube à essais + tuyau de dégagement en plastique

 2 béchers 100 mL

 Erlenmeyer 100 mL

 Seringue + tuyau souple

 Flacon eau de chaux

 Flacon nitrate d’argent

 Erlenmeyer de 100mL

 1 L Solution S0 acide chlorhydrique C0 = 1,0 mol.L^-1

 1 L Solution acide éthanoïque à 1,0 mol.L^-1

 Hydrogénocarbonate de sodium solide

 Balance au décigramme

 Réserve eau distillée

 Hélianthine

 Expérience du jet d’eau