Objectifs
- Mesurer le pH de différentes solutions.
- Effectuer des dilutions.
- Étudier l’influence de la concentration sur le taux d’avancement final de la réaction de différents acides avec l’eau.
Mesures du pH de solutions d’acide chlorhydrique
Préparation des solutions
On dispose d’une solution $S_{0}$ d’acide chlorhydrique $\ce{H^+ (aq) + Cl^- (aq)}$ de concentration apportée $C_0 = \pu{0,10 mol.L-1}$.
-
Proposer un mode opératoire pour obtenir, à partir de $S_{0}$, $\pu{100,0 mL}$ d’une solution $S_{1}$ d’acide chlorhydrique de concentration $C_1 = \pu{1,0e-2 mol.L-1}$. Réaliser la manipulation.
-
Toujours à partir de la solution $S_{0}$, préparer une autre solution $S_{2}$ d’acide chlorhydrique de concentration $C_2 = \pu{5,0e-3 mol.L-1}$. Pourquoi vaut-il mieux utiliser la solution $S_{0}$ et non pas la solution $S_{1}$ pour réaliser cette opération ?
-
Maintenant que la technique est connue, préparer les solution $S_{3}$, $S_{4}$ et $S_{5}$, d’acide chlorhydrique, de concentrations $C_3 = \pu{1,0e-3 mol.L-1}$, $C_4 = \pu{5,0e-4 mol.L-1}$, $C_5 = \pu{1,0e-4 mol.L-1}$. Bien réfléchir à chaque fois au meilleur choix de la solution mère avant d’effectuer ces dilutions.
Mesures du pH
Avertissement
Pour toute mesure du pH d’une solution au moyen d’un pH-mètre :
- il faut introduire suffisamment de solution dans un bécher ; la partie de la sonde qui permet la mesure doit être totalement immergée ;
- la sonde doit être rincée à l’eau distillée et séchée avec un papier absorbant (papier Joseph) avant chaque mesure, puis rincée à l’eau distillée et réintroduite dans la solution de conservation (généralement de l’eau distillée) après chaque mesure.
- il faut agiter doucement une fois la sonde plongée dans la solution.
Le pH-mètre doit être étalonné avant toute mesure ; on utilise deux solutions étalons (aussi appelées solutions tampons ), c’est à dire deux solutions dont le pH est déterminé et constant à température donnée.
Consulter la notice de l’appareil pour réaliser cet étalonnage.
Mesures des pH
- Mesurer le pH des solutions $S_{5}$, $S_{4}$, $S_{3}$, $S_{2}$, $S_{1}$. Pourquoi est-il conseillé de procéder dans ce sens ?
Résultats expérimentaux
| Solution | $S_1$ | $S_2$ | $S_3$ | $S_4$ | $S_5$ |
|---|---|---|---|---|---|
| pH | 2,00 | 2,26 | 2,96 | 3,26 | 4,05 |
Mesures du pH de solutions d’acide éthanoïque
Préparation de solutions
On dispose d’une solution $S’_{0}$ d’acide éthanoïque $\ce{CH3-CO2H (aq)}$ de concentration apportée $C’_0 = \pu{0,10 mol.L-1}$. Comme précédemment, préparer des solutions $S’_{1}$, $S’_{2}$, $S’_{3}$, $S’_{4}$, $S’_{5}$ d’acide éthanoïque de concentrations molaires $C’_1 = \pu{1,0e-2 mol.L-1}$, $C’_2 = \pu{5,0e-3 mol.L-1}$, $C’_3 = \pu{1,0e-3 mol.L-1}$, $C’_4 = \pu{5,0e-4 mol.L-1}$, $C’_5 = \pu{1,0e-4 mol.L-1}$.
Mesures des pH
- Mesurer le pH des solutions $S’_{5}$, $S’_{4}$, $S’_{3}$, $S’_{2}$, $S’_{1}$.
Résultats expérimentaux
| Solution | $S’_1$ | $S’_2$ | $S’_3$ | $S’_4$ | $S’_5$ |
|---|---|---|---|---|---|
| pH | 3,33 | 3,45 | 3,88 | 4,00 | 4,36 |
Taux d’avancement final
On appelle taux d’avancement final $\tau$ la comparaison de l’avancement final $x_f$ de la transformation modélisée par la réaction chimique étudiée, et l’avancement final $x_{max}$ de la transformation hypothétique totale modélisée par la même réaction. $$ \tau = \dfrac{x_f}{x_{max}} $$
Remarques
- Le taux d’avancement final est une grandeur sans dimension ;
- $0 \le \tau \le 1$ ;
- Plus le taux d’avancement final est proche de 1, plus la transformation chimique se rapproche d’une transformation chimique totale.
-
On appelle acide fort un acide qui se dissocie totalement lorsqu’on l’introduit dans le solvant. Toute transformation chimique modélisée par la réaction de cet acide avec le solvant est donc totale.
-
Lorsqu’un acide ne réagit pas totalement avec le solvant dans lequel il est introduit, on le qualifie de faible. Toute transformation chimique modélisée par la réaction de cet acide avec le solvant n’est donc pas totale.
Solutions d’acide chlorhydrique
- Écrire l’équation de la réaction de l’acide chlorhydrique avec l’eau.
- À l’aide d’un tableau d’avancement, compléter le tableau suivant :
| Solution | $S_{1}$ | $S_{2}$ | $S_{3}$ | $S_{4}$ | $S_{5}$ |
|---|---|---|---|---|---|
| $C_i$ ($\pu{mol.L-1}$) | $\pu{1,0e-2}$ | $\pu{5,0e-3}$ | $\pu{1,0e-3}$ | $\pu{5,0e-4}$ | $\pu{1,0e-4}$ |
| $\ce{pH_i}$ | |||||
| $[\ce{H3O^+}]_i$ ($\pu{mol.L-1}$) | |||||
| $x_{f,i}$ | |||||
| $x_{max,i}$ | |||||
| $\tau_{i}$ |
-
Que peut-on dire des transformations chimiques modélisées par la réaction de l’acide chlorhydrique avec l’eau ?
-
L’acide chlorhydrique est-il un acide fort ou un acide faible ?
Solutions d’acide éthanoïque
- Écrire l’équation de la réaction de l’acide éthanoïque avec l’eau.
- À l’aide d’un tableau d’avancement, compléter le tableau suivant :
| Solution | $S’_{1}$ | $S’_{2}$ | $S’_{3}$ | $S’_{4}$ | $S’_{5}$ |
|---|---|---|---|---|---|
| $C’_i$ ($\pu{mol.L-1}$) | $\pu{1,0e-2}$ | $\pu{5,0e-3}$ | $\pu{1,0e-3}$ | $\pu{5,0e-4}$ | $\pu{1,0e-4}$ |
| $\ce{pH}’_i$ | |||||
| $[\ce{H3O^+}]_i$ ($\pu{mol.L-1}$) | |||||
| $x_{f,i}$ | |||||
| $x_{max,i}$ | |||||
| $\tau_{i}$ |
-
Que peut-on dire des transformations chimiques modélisées par la réaction de l’acide chlorhydrique avec l’eau ?
-
L’acide chlorhydrique est-il un acide fort ou un acide faible ?
-
Quel est l’effet de la dilution sur le taux d’avancement final ?