I/Matériel

-Bécher , fiole jaugée 100 mL , pipette 10 mL , papier pH , pH-mètre

-solutions 10^-2 d'acide chlorhydrique , d'acide nitrique HNO₃, d'acide éthanoïque CH₃COOH, de chlorure d'ammonium NH₄Cl , d'hydroxyde de sodium NaOH

II/But du TP

Mesure du pH , acide fort , acide faible .

III/ Le pH

a)Définition :

[H₃O⁺]  =  10^-pH          ou           pH = - log [H₃O⁺]

b)Utilisation du pH-mètre :

*Régler le pH-mètre comme indiqué sur la notice en notant le mode opératoire sur votre copie .

*Entre deux mesures on rincera l'électrode à l'eau distillée . Détaillez le mode opératoire .

c) mesures :

Mettre une trentaine de mL de chaque solution dans un petit bécher . "Descendre" l'électrode dans la solution de façon à ce que la partie inférieure , sphérique , de l'électrode , soit complètement immergée dans la solution .

          Q1)Mesurer le pH de chacune des solutions suivantes :

                     *solution d'acide chlorhydrique centimolaire : pH= .......

                     *solution d'acide nitrique centimolaire: pH=……..

                     *solution d'acide éthanoïque centimolaire :pH= ..........

                     *solution de chlorure d'ammonium centimolaire : pH= .........

                     *solution d'hydroxyde de sodium centimolaire : pH=………….

          Q2)Rappelez les définitions d'un acide fort , d'un acide faible

          Q3)La relation pH= - log C est-elle vérifiée pour la solution d'acide chlorhydrique centimolaire ?Conclure quant à la nature de l'acide , faible ou fort .

          Q4)Citez un autre acide fort parmi ceux dont le pH a été mesuré ci-dessus.

IV/Cas d'un acide fort :

a)La réaction du chlorure d'hydrogène avec l'eau :

       HCl + H₂O   ------->  H₃O⁺  + Cl^-

          Q5)Quelle est la quantité de chlorure d'hydrogène dissoute dans 40 mL de solution d'acide  chlorhydrique de concentration C=10^-2 mol.L^-1 ?

          Q6)En utilisant la mesure du pH effectuée précedemment, calculer la quantité d'ions oxonium   H₃O⁺   présents dans 40 mL de solution .

b)Tableau d'avancement de la réaction du chlorure d'hydrogène avec l'eau

On s'interresse à 40 mL de solution d'acide chlorhydrique centimolaire :

            Q7)Recopiez le tableau sur votre copie et complétez le :

Equation chimique		HClg     +        H2O  -----------> H3O+  +     Cl-
Etat du système	Avancement (mol)	Quantités de matière
Etat initial	0	nHCl,0=	excès
En cours de trans.	X		excès	X	X
Etat final	Xf=		excès

On note X_f l'avancement final de la réaction .

            Q8)Calculer l'avancement maximal X_max. Comparer à X_f . Conclure

c)Dilution de la solution d'acide chlorhydrique

            Q9)Quel est le volume à prélever de la solution d'acide chlorhydrique centimolaire pour préparer 100 mL d'une solution fille millimolaire ? Détaillez votre réponse .

            Q10)On dispose d'une fiole jaugée de 100 mL et d'une pipette jaugée de 10 mL pour préparer les 100 mL de la solution millimolaire d'acide chlorhydrique. Décrivez le mode opératoire.

            Q11)Mesurer le pH de la solution préparer .Comment a évolué le pH suite à cette dilution ?

V/Cas d'une transformation limitée :

a)La réaction de l'acide éthanoïque avec l'eau :

CH₃COOH  +  H₂O     -------> H₃O⁺  + CH3COO^-    

          Q12)Quelle est la quantité d'acide éthanoïque dissoute dans 40 mL de solution d'acide    éthanoïque  de   concentration C=10^-2 mol.L^-1 ?

          Q13)En utilisant la mesure du pH effectuée précedemment, calculer la quantité d'ions oxonium   H₃O⁺   présents dans 40 mL de solution .

b)Tableau d'avancement de la réaction de l'acide éthanoïque avec l'eau

On s'interresse à 40 mL de solution d'acide éthanoïque centimolaire :

            Q14)Recopiez le tableau sur votre copie et complétez le :

Equation chimique		CH3COOH +    H2O  ------> H3O+  +   CH3COO--
Etat du système	Avancement (mol)	Quantités de matière
Etat initial	0	nA,0=	excès
En cours de trans.	X		excès	X	X
Etat final	Xf=		excès

            Q15)Calculer l'avancement maximal X_max. Comparer à X_f . Conclure

VI/Exercice

Travailler l'exercice résolu page 336

pH -solutions acides , basiques - Correction TP

1)Mesurer le pH de chacune des solutions suivantes :

            *solution d'acide chlorhydrique (solution de HCl)  centimolaire : pH=2

            *solution d'acide nitrique HNO₃ centimolaire: pH=2

            *solution d'acide éthanoïque CH₃COOH centimolaire :pH= 3,3

            *solution de chlorure d'ammonium NH₄Clcentimolaire : pH= 5,4

            *solution d'hydroxyde de sodium NaOH centimolaire : pH= 12

2)Un acide fort réagit totalement avec l'eau . Un acide faible réagit partiellement (réaction limitée) avec l'eau

3)La relation pH=-log C= -log 10^-2= 2 est vérifiée pour l'acide chlorhydrique . Elle est également vérifiée pour l'acide nitrique . Comme cette relation ne s'applique qu'aux acides forts , nous en déduisons l'acide chlorhydrique est un acide fort .

4)L'acide nitrique est également un acide fort .

5)La quantité de HCl dissout dans un volume de 40 mL de solution est donnée par la relation : n_HCl,0= C_HCl * V₀ = 10^-2*40.10^-3 = 4.10^-4 mol

6)La quantité d'ions H₃O⁺ contenue dans V=40 mL de solution est donnée par la relation : n_H30+= [H₃O⁺]* V=10^-pH * V = 10^-2*40.10^-3= 4.40^-4 mol :

7)

Equation chimique		HClg     +        H2O  -----------> H3O+  +     Cl-
Etat du système	Avancement (mol)	Quantités de matière
Etat initial	0	nHCl,0=4.10-4 mol	excès	(0)	0
En cours de trans.	X	4.10-4-X	excès	X	X
Etat final	Xf	4.10-4-Xf	excès	Xf	Xf

On note X_f l'avancement final de la réaction .

8)l'avancement maximal se calcule en résolvant l'équation (nous savons que HCl est le réactif en défaur) :n_HCl,0-X=0 , ce qui donne X_max=4.10^-4 mol.

Or , d'après le tableau, à l'état final, n_H3O+= X_f d'où X_f= 4.10^-4 mol.

Donc en définitive X_f=X_max . Cela signifie que la réaction de HCl avec l'eau est toale (à l'état final , il ne reste plus de réactif limitant.

9)Au cours d'une dilution , la quantité de soluté introduite n_ine varie pas et donc :

n_i =C_mere*V_mere = C_fille*V_fille . n_i est la quantité  de soluté qui a été nécessaire pour la préparation d'un volume V_mere de solution mère de concentration C_mere .Pour la solution fille , nous voulons que V_fille=100 mL et  C_fille =10^-3 mol/L. Le volume à prélever de la solution mère est par conséquent V_mere=100*10^-3 /10^-2 = 10 mL.

10)Pour préparer 100 mL de solution fille , on prélève  avec une pipette jaugée de 10 mL et une propipette, 10 mL de la solution mère , que l'on verse dans la fiole jaugée . On rince la pipette jaugée avec de l'eau distillée en récupérant l'eau de rinçage dans la fiole jaugée . On ajoute environ à moitié de l'eau distillée dans la fiole jaugée et on l'agite . On complète ensuite avec de l'eau distillée jusqu'au trait de jauge et on agite à nouveau de façon à obtenir une solution qui soit bien homogène .

11) La mesure donne pH=3 , autrement dit , après dilution le pH de la solution a diminué .

12)Le calcul est du même type que celui de la question 5) : n_CH3COOH,0= C_CH3COOH,0 * V₀ = 10^-2*40.10^-3 = 4.10^-4 mol

13)n_H3O+= [H₃O⁺]*V₀= 10^-pH*V₀ = 10^-3,3 * 40.10^-3 =2.10^-5 mol

 14)

Equation chimique		CH3COOH +    H2O  ------>         H3O+  +   CH3COO--
Etat du système	Avancement (mol)	Quantités de matière
Etat initial	0	nA,0= 4.10-4 mol	excès	(0)	(0)
En cours de trans.	X	nA,0- X	excès	X	X
Etat final	Xf	nA,0- Xf	excès	Xf	Xf

15)n_A,0-X=0 , donne X_max= 4.10^-4 mol . X_f = n_H3O+ = 2.10^-5 mol.  Par conséquent X_f<X_max , ce qui signifie de l'acide étanoïque n'a pas totalement réagi avec l'eau : cette réaction est limitée . A l'état final , il reste des molécules d'acide éthanoïque (n_A,0-X_f = 40.10^-5-2.10^-5= 38.10^-5 mol) dans la solution .