Chapitre 1 – Transformations acide –base et pH
Tp 1 - Mesure du pH de solutions aqueuses
Page 1 sur 2 Objectifs :
Savoir utiliser un pH-mètre.
Mesurer le pH de solutions d’acides chlorhydriques (H3O+ + Cl-) obtenues par dilution successives d’un facteur 10 pour tester la relation entre le pH et la concentration en ion oxonium apportés.
Vérifier la relation entre le pH et la concentration en ions oxonium apporté [H3O+].
1. Mesures du pH de solutions d’acides chlorhydriques diluées
Le matériel disponible est le suivant : fioles de 50 et 100 mL, béchers, pipeteur, pipettes jaugées de 5 ,10 et 20 mL.
1.1. Préparation des solutions diluées
Rédiger le protocole d’une dilution par 10 de la solution mère S1, de concentration C1 = 1,0 . 10-1 mol. L-1. Après validation du protocole par le professeur :
- Préparer la solution S2 de concentration C2 = C1 / 10.
- Préparer la solution S3 de concentration C3 = C1 / 20.
- Préparer la solution S4 de concentration C4 = C1 / 100.
- Préparer la solution S5 de concentration C5 = C1 / 200.
- Préparer la solution S6 de concentration C6 = C1 / 1000.
Document 3 : Le pH-mètre
C’est un appareil qui est constitué d’une sonde (composée de deux électrodes) reliée à un voltmètre.
La tension affichée sur l’appareil dépend de la valeur du pH, de la température et des électrodes.
Mais après étalonnage de l’appareil, celui-ci affiche directement la valeur du pH de la solution.
Protocole : Rincer la sonde à l’eau distillée et l’essuyer à l’aide du papier Joseph avant chaque mesure.
Procéder à l’étalonnage en utilisant successivement les solutions tampon de pH 4 , 7 puis 9.
Verser la solution à étudier dans un bécher. Plonger la sonde dans cette solution. Relever la valeur.
Attention : la sonde doit être manipulée avec précaution car son extrémité (en verre) est très fragile !!!
Document 2 :
C’est au sein du laboratoire Carlsberg, chargé initialement d’effectuer des recherches sur la fabrication de la bière, que le danois Søren Sørensen introduit la notion de pH. Dès 1881, son prédécesseur à la direction du laboratoire, J.G. Kjeldahl, avait observé que l’activité de l’enzyme saccharase dépendait de la quantité des différents acides présents dans le milieu, mais aucune relation claire entre ces acides et l’activité enzymatique n’avait pu être établie. Sørensen comprit que le facteur déterminant n’était pas la concentration en acides, mais la concentration en ions hydrogène H+ provenant de ces acides. C’est ainsi qu’il a été amené à définir le pH. Par la suite, cette définition a évolué en faisant intervenir les ions oxonium H3O+(aq), forme solvatée des ions hydrogène.
Le pH est donc le paramètre qui permet de quantifier l’acidité d’une solution.
Relation entre pH et concentration en ions oxonium :
Le pH (potentiel Hydrogène) d’une solution, dépend de la concentration en ions oxonium [H3O+].
La relation entre les deux grandeurs est :
pH = - Log ( où c0 = 1 mol.L-1 est la concentration standard.
Document 1 : Hydratation des protons
La solvatation est un phénomène physico-chimique observé lors de la dissolution d'un composé chimique dans un solvant.
Ainsi, c’est parce qu’il s’entoure de 5 molécules d’eau que l’ion Cu2+ est bleu en solution aqueuse.
De la même façon, en solution aqueuse, les ions hydrogène H+ réagissent avec l’eau en fixant une molécule H2O selon la réaction : H+ + H2O H3O+
Ainsi, en solution aqueuse les ions H+ sont donc absents et sont remplacés par des ions oxonium H3O+.
Chapitre 1 – Transformations acide –base et pH
Tp 1 - Mesure du pH de solutions aqueuses
Page 2 sur 2 1.2. Mesures du pH
Mesurer le pH des différentes solutions de S1 à S6 à l’aide d’un pHmètre (voir document3). Noter les valeurs obtenues dans un tableau.
1.3. Interprétation
On admet que l’acide chlorhydrique est un acide fort et que dans ce cas la concentration C en soluté apporté est égale à la concentration en ions oxonium.
Comment le pH varie-t-il avec C= [H3O+] ?
Comment le pH varie-t-il lorsque l’on dilue 10 fois, 100 fois, une solution acide?
2. Etude de la relation entre pH et [H3O+]
Calculer le pH des 6 solutions en utilisant la relation du document 2.
Comparer les valeurs mesurées et les valeurs calculées.
Quelles sont les sources d’incertitude sur les valeurs mesurées ?
En comparant les valeurs mesurées et calculées, indiquer les limites de validité de la relation entre pH et [H3O+].
3. Quelques réactions avec des acides et des bases.
3.1. Les indicateurs colorés (Notion de couple acide/base).
Expérience :
- Dans un bécher, verser de l’eau déminéralisée et quelques gouttes de BBT(Bleu de Bromothymol).
A l’aide d’un compte gouttes, verser 1 goutte d’une solution d’hydroxyde de sodium ( Na+ + OH-) , puis une goutte d’une solution d’acide chlorhydrique ( H3O+ + Cl-). Verser ainsi en alternance une goutte de chacune des 2 solutions.
Interprétation :
Le bleu de bromothymol peut se présenter sous une forme acide de formule générale HIn lorsqu’il se trouve dans une solution acide.
Il se présente sous une forme basique lorsqu’il est en milieu basique.
Quelle est la formule générale de la base conjuguée ?
La forme acide et la forme basique d’un indicateur coloré constituent un couple acide/base.
Quelle est la demi-équation associée au couple acide/base ? 3.2. Expérience du jet d’eau
Le chlorure HCl est un gaz très soluble dans l’eau. Sa mise en solution donne une solution appelée acide chlorhydrique.
Réaliser l’expérience schématisée ci-contre. Comment expliquer le phénomène observé.
Lorsque l’expérience est terminée verser quelques mL de la solution obtenue dans le ballon dans un tube à essai. Ajouter quelques gouttes de nitrate d’argent dans le tube. Observer.
A partir des résultats des tests identifier les ions présents dans une solution d’acide chlorhydrique. Proposer une équation pour la réaction qui se déroule lors de la formation du jet d’eau.
