Mesure pH métrique : Correction
1. Etalonner le pH mètre
2. Mesurer le pH de 4 solutions
Manipulation 2 : Mesurer le pH des 4 solutions à votre disposition. Vous utiliserez les godets en plastique pour la mesure de chaque solution. Consignez vos mesures dans le tableau suivant.
Nature de la solution Acide chlorhydrique à 10-3 mol.L-1
Acide éthanoïque (acétique) à 10-3 mol.L-1
Acide éthanoïque (acétique) à 10-2 mol.L-1
Acide méthanoïque (formique)à 10-3 mol.L-1
pH mesuré 3,0 3,9 3,4 3,4
[H3O+] 1,0.10-3 mol.L-1 1,3.10-4 mol.L-1 4,0.10-4 mol.L-1 4,0.10-4 mol.L-1
Peut-on remettre les solutions mesurées dans leur flacon d'origine ? Peut-on les jeter dans l'évier ?
Les solutions acides et basiques peuvent être jetées à l'évier. En aucun cas on ne remet une solution dans son flacon d'origine.
3. Exploitation des résultats
Le pH d'une solution dépend de la nature de l'acide et de sa concentration
3.1. Acide chlorhydrique
L'acide chlorhydrique à 10-3 mol.L-1 est préparé par dissolution de 24 mL de chlorure d'hydrogène HCl(g) dans 1,0 L d'eau. Cette réaction est exothermique.
a. Ecrire l'équation de cette dissolution.
b. Faire un tableau d'avancement en supposant que la réaction est totale.
On travaille sur un litre de solution donc la valeur de la quantité de matière dans la solution est égale à la valeur de la concentration.
Equation de la réaction :
Etat Avancement
initial 0 cV = 10-3×1 = 10-3 excès 0 0
en cours de
transformation x 10-3 - x excès x x
maximal xmax 10-3 - xmax excès xmax xmax
c. Trouver l'avancement maximum.
Le réactif limitant est HCl donc l'avancement maximum est tel que 10-3 - xmax = 0 soit xmax = 10-3 mol d. En déduire la concentration en ion oxonium si cette réaction est totale.
e. Comparer avec la valeur expérimentale.
Expérimentalement on a trouvé (cf 2.) . La concentration trouvée par le tableau d'avancement et celle trouvée expérimentalement sont en accord donc la réaction est totale
f. Cette réaction de dissolution est-elle totale ou limitée ou partielle ? La réaction de dissolution est donc totale.
g. Quel est donc le taux d'avancement de cette réaction ? Pour une réaction totale
h. Quelle est la composition d'une solution d'acide chlorhydrique ?
La solution d'acide chlorhydrique contient donc les ions et les ions d'où sa notation
3.2. Solution d'acide méthanoïque
La solution d'acide méthanoïque est préparée en versant 3,8 mL d'acide méthanoïque pur dans une fiole jaugée de 1,0 L puis en complétant avec de l'eau distillée au trait de jauge.
a. Quel est le soluté ? le solvant ?
Le soluté est l'acide méthanoïque pur. Le solvant est l'eau.
b. Quelle est la concentration ca en soluté ?
c. Ecrire la réaction de l'acide méthanoïque sur l'eau.
d. Compléter le tableau d'avancement pour un volume de solution de 1,0 L :
Equation de la réaction :
Etat Avancement
initial 0 cV excès 0 0
en cours de
transformation x cV- x excès x x
maximal xmax cV- xmax excès xmax xmax
final xfinal cV– xfinal excès xfinal xfinal
e. Déterminer le réactif limitant. En déduire xmax.
Le réactif limitant est donc l'avancement maximum est tel que cV - xmax = 0 soit xmax = cV = 10-3 × 1 = 1,0. 10-3 mol
f. Quelle est l'expression de la concentration en ion oxonium si on suppose que la réaction est totale ? Quelle aurait du être la valeur de la concentration en ion oxonium ? Comparer avec la valeur déterminée expérimentalement.
Expérimentalement on a trouvé (cf 2.) . La concentration trouvée par le tableau d'avancement dans l'état maximal et celle trouvée expérimentalement sont en désaccord donc la réaction n'est pas totale.
g. La réaction de l'acide méthanoïque sur l'eau est elle totale ou partielle ou limitée ? La réaction est limitée et partielle (ces deux termes sont synonymes)
h. Déduire de la mesure du pH la valeur de xfinal.
i. Calculer la valeur du taux d'avancement de la réaction de l'acide méthanoïque avec l'eau.
j. Quelle est la concentration en acide méthanoïque [HCOOH] à l'état final ? Comparer avec ca.
Donc
La concentration réelle en acide méthanoïque est plus petite que la concentration en soluté
k. L'acide méthanoïque s'est il beaucoup dissocié dans l'eau ? L'acide méthanoïque s'est partiellement dissocié.
l. Quelle est la composition d'une solution d'acide méthanoïque ?
Une solution d'acide méthanoïque contient les espèces chimiques , ,
3.3. Solution d'acide éthanoïque
a. Compléter le tableau d'avancement de la réaction de l'acide éthanoïque sur l'eau.
Equation de la réaction :
Etat Avancement
initial 0 cV excès 0 0
en cours de
transformation x cV- x excès x x
maximal xmax cV - xmax excès xmax xmax
final xfinal cV – xfinal excès xfinal xfinal
b. Déterminer le taux d'avancement pour la solution d'acide éthanoïque à 10-2 mol.L-1 et à 10-3 mol.L-1
Le réactif limitant est donc l'avancement maximum est tel que cV - xmax = 0 soit xmax = cV
Donc le taux d'avancement vaut
Application numérique :
Solution d'acide éthanoïque à c = 10-2 mol.L-1
Solution d'acide éthanoïque à c = 10-3 mol.L-1
c. Le taux d'avancement de la réaction de l'acide éthanoïque dépend-il de la concentration en soluté ?
Le taux d'avancement vaut 0,13 pour une solution à 10-3 mol.L-1 et 0,040 pour une solution à 10-2 mol.L-1 donc le taux d'avancement dépend de la concentration en soluté
