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PARTIE COMPRENDRE CH16 THEORIE DE BRONSTED NOTION D’EQUILIBRE CHIMIQUEMESURE DE pH DES SOLUTIONS AQUEUSES Compétences exigibles
Mesurer le pH d'une solution aqueuse.
Utiliser les symbolismes →, ← et dans l’écriture des réactions chimiques pour rendre compte des situations observées.
Le pH d'une solution aqueuse est une grandeur sans dimension. Sa valeur peut être évaluée à l'aide d'un papier indicateur de pH ou mesurée de manière plus précise à l'aide d'un pH-mètre préalablement étalonné.
Par définition,
pH log[ H
3O
]
pH
] 10 O
H
[
3 avec[ H
3O
]
en mol.L-1.A - Solution aqueuse d'acide éthanoïque
1°) Étalonner le pH-mètre en suivant les consignes.
2°) Placer un bécher de 100 mL sur un agitateur magnétique et y verser 50 mL d'eau distillée.
Fixer la sonde du pH-mètre sur un support, puis mesurer le pH de l'eau distillée.
3°) Avec précaution, ajouter quelques gouttes
d'acide éthanoïque pur. Agiter, puis mesurer le pH de la solution aqueuse d'acide éthanoïque obtenue.
4°) Calculer les concentrations en ions H3O+ des solutions avant et après ajout d'acide éthanoïque pur.
Rassembler vos résultats de mesure et calcul dans un tableau.
5°) Une réaction a-t-elle eu lieu lors de l'ajout d'acide éthanoïque pur à l'eau distillée ? Pourquoi ? 6°) Comment varie la concentration en ions H3O+ d'une solution lorsque son pH diminue ?
7°) La réaction entre l'acide éthanoïque et l'eau est instantanée. Son équation s'écrit : CH3CO2H(aq) + H2O(l) CH3CO2-
(aq) + H3O+(aq)
Interpréter l’évolution du pH, en fonction de l’évolution de la concentration en ions présents dans la solution.
8°) Préparer 50 mL solution S1 de concentration
c
1 1 , 0 . 10
3mol.L
-1 à partir de la solution mère S0 de concentration C0 =1,0.10-2 mol.L-19°) Mesurer le pH de la solution aqueuse S1 d'acide éthanoïque de concentration en soluté apporté
-1 3
1
1 , 0 . 10
mol.L
c
et de volumeV
1 50 mL
.10°) Établir le tableau d'évolution de la réaction entre l'acide éthanoïque et l'eau pour la solution S1 en notant xf
l'avancement final de la réaction.
11°) Déterminer la valeur de l'avancement final xf à partir de la valeur du pH de la solution.
12°) Déterminer la valeur de l'avancement maximal xmax théorique.
13°) Comparer xf et xmax, puis conclure : la réaction entre l'acide éthanoïque et l'eau est-elle une réaction totale ?
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Lors d’une réaction totale, le réactif limitant est totalement consommé. L’avancement final atteintl’avancement maximal xf= xmax et l’équation de la réaction s’écrit avec une simple flèche
.Si la réaction n’est pas totale, les réactifs et les produits coexistent. On a alors xf < xmaxet l’équation de la réaction s’écrit avec une double flèche
B -Solution aqueuse d'acide chlorhydrique
Une solution aqueuse d'acide chlorhydrique résulte de la mise en solution dans l'eau du chlorure d'hydrogène gazeux selon la réaction d'équation :
HCl(g) + H2O(l) H3O+(aq) + Cl-(aq)
1°) Mesurer le pH d'une solution aqueuse S2 d'acide chlorhydrique de concentration en soluté apporté
-1 2
2
1 , 0 . 10
mol.L
c
et de volumeV
2 50 mL
.2°) Etablir le tableau d'évolution de la réaction entre l'acide chlorhydrique et l'eau pour la solution S2 en notant xf
l'avancement final de la réaction.
3°) Déterminer la valeur de l'avancement final xf à partir de la valeur du pH de la solution.
4°) Déterminer la valeur de l'avancement maximal xmax théorique.
5°) Comparer xf et xmax, puis conclure : la réaction entre l'acide chlorhydrique et l'eau est-elle une réaction totale ? C - Notion D’équilibre Chimique – Sens d’évolution d’un système chimique
La réaction entre l’acide éthanoïque et l’eau n’étant pas totale, le système chimique atteint un état d’équilibre dans l’état final, caractérisé par la coexistence des réactifs et des produits dans le mélange réactionnel.
Pour traduire cet équilibre, l’équation de la réaction s’écrit avec une double flèche:
CH3CO2H(aq) + H2O(l) CH3CO2 - (aq) + H3O+(aq)
Dans deux béchers identiques, verser 25 mL de la solution S1. Mesurer le pH initial, noté pHi. Dans le bécher 1, ajouter, une spatule d’éthanoate de sodium CH3CO2Na(s).
Dans le bécher 2, verser, avec précaution, cinq gouttes d’acide éthanoïque pur.
Agiter, puis mesurer les pH des solutions obtenues, notés respectivement pH1et pH2. On suppose que les volumes des solutions n’ont pas varié lors des expériences.
1) Comment évolue le pH dans le bécher 1?
Comment varient alors la concentration [H3O+]et la quantité n(H3O+) ?
Dans quel sens le système chimique a-t-il évolué : sens direct ou sens inverse de l’équation de la réaction ?
2) Répondre aux mêmes questions pour l’expérience réalisée dans le bécher 2.
3) Conclusion : dans quel sens évolue un système chimique lorsqu’on ajoute une des espèces intervenant dans l’équation de la réaction ?
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COMPRENDRE – lois et modèlesmesures de pH et constante d'acidité
fiche laboratoire
matériel par table :
un pH-mètre
un support pour la sonde du pH-mètre
un agitateur magnétique
une fiole jaugée de 100 mL avec bouchon
une pipette jaugée de 10 mL
un pipeteur
trois béchers de 100 mL
un flacon compte-gouttes d'acide éthanoïque pur
une pissette d'eau distillée
au bureau :
1 L de solution d'acide éthanoïque à 1,0.10-2 mol.L-1
1 L de solution d'acide chlorhydrique à 1,0.10-2 mol.L-1
acide éthanoïque pur
deux béchers de 250 mL
solutions tampon pour étalonnage des pH-mètres