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AS: 2009/2010 PROF : Mr BECHA Adel ( prof principal)

4 eme Sciences exp , maths et technique

Matire : Sciences physiques www.physique.ht.cx SERIE DEXERCICES

Objet : : ractions acido-basiques

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EXERCICE 1

On se propose de diffrentier deux monoacides diffrents nots A1H et A2H en utilisant des mesures mettant en

jeu quelques techniques exprimentales.

Tout dabord, on prpare les deux solutions aqueuses S1 et S2, partir des acides A1H et A2H et deau distille, de telle manire que la concentration en solut apport soit C0=10

-2 mol.L-1 pour chacune delles. On suppose que la raction de chaque acide avec leau est instantane.

1) Dfinir un monoacide selon Bronsted. 2) En ne tenant pas compte de lionisation propre de leau. Donner une relation entre les quantits de matires des

espces H3O+ et A-.

3) On mesure le pH, 25C, en utilisant un volume V=200 mL de chacune des solutions aqueuses S1 et S2. Les valeurs de pH trouves permettent de calculer les concentrations effectives en ions hydronium :

[H3O+]1 = 1,3. 10

-3 mol.L-1 pour S1.

[H3O+]2 = 1,0. 10

-3 mol.L-2 pour S2.

a) Comment peut-on dterminer ces concentrations partir des mesures de pH ?

b) Calculer le taux davancement final 1f de la raction de lacide A1H avec leau et 2f de la raction de lacide A2H avec leau. En dduire que ces acide sont faibles et identifier lacide le plus fort ?

4) a) Exprimer en fonction du taux davancement final, les constantes dacidit Ka1 et Ka2 correspondant chacun des acides A1H et A2H. Calculer leurs valeurs.

b) Prciser la signification de la constante dacidit.

EXERCICE 2

On crase un comprim de vitamine C 500 dans un mortier. On dissout la poudre dans un peu deau distille et lon introduit lensemble dans une fiole jauge de capacit 100mL ; on complte avec de leau distille. Aprs homognisation, on obtient une solution aqueuse S.

On prlve un volume V1= 20 mL de la solution S que lon dose avec une solution de soude (base forte) de concentration C2=0,01 mol.L

-1.

Lvolution du pH au cours de cette raction de dosage est donne par la courbe ci-dessous. O les valeurs du volume V2 (en mL) de la base forte figurent en abscisses et celles du pH figurent en ordonne.

1) Reprsenter un schma annot du dispositif du dispositif pour raliser ce titrage tout en prcisant la solution titrante et la solution titre.

2) En exploitant la courbe pH =f(V2) : a) Montrer que la vitamine C est un acide faible. b) Dterminer les coordonnes du point dquivalence. En dduire la valeur de la concentration initiale C1de la

solution acide.

3) Dterminer de deux manires diffrentes le pKa associ solution S est 4) La vitamine C est lacide ascorbique de formule C6H8O6.

a) Ecrire la raction de lacide ascorbique avec leau. b) Dterminer la masse m dun comprim de vitamine C. En dduire une explication de lindication du

fabricant C500 .

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On donne les masses molaires atomiques, g mol-1 : MC= 12 ; MO= 16 ; MH= 1.

Titrage de lacide ascorbique par la soude

EXERCICE 3

Le pH dune solution aqueuse S1,de mthanoate de sodium HCOONa de concentration molaire de solut apport C1=0,1 mol.L

-1 est gal 8,4.

A-

1- Ecrire lquation bilan de la raction de dissolution du HCOONa. 2- Quel est le caractre acido-basique de la solution obtenue. 3- Ecrire lquation bilan de la raction responsable de ce caractre acido-basique en prcisant les couples mis en jeu.

4- Dresser un tableau davancement de la raction et en dduire la valeur du taux davancement final. Conclure.

5- Montrer que le pH de la solution S1 obtenue peut scrire de la forme :

pH = 1

2 (pKe+pKA + logC1)

6- En dduire la valeur du pKA du couple acide base mis en jeu. 7- Calculer la concentration de la forme basique du couple dans la solution S1. Conclure. B-

Le pH dune solution S2 dacide mthanoque de concentration molaire C2=0,1 mol.L-1

est gal 2,4.

1- Ecrire lquation de la raction de lacide mthanoque avec leau. 2- Dresser un tableau davancement de la raction et en dduire le taux davancement final. 3- Etablir lexpression du pH de la solution S2 en fonction de pKA et de C2. 4- Calculer la concentration de la forme acide du couple dans S2.Conclure.

C-

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A 10mL de la solution S2 on ajoute un volume v1 de la solution S1 pour atteindre un pH gal

4,1.Dterminer la valeur de v1.

EXERCICE 4

On dispose dune solution dun dtartrant cafetire dacide sulfamique de formule NH2SO3H (monoacide fort) .La solution porte lindication suivante : " Acide sulfamique 1%" c'est--dire que 100mL de solution aqueuse contient 1g dacide sulfamique. Afin de vrifier lindication porte par ltiquette du flacon, on prlve un volume VA = 20 mL de cette solution que lon dose par une solution aqueuse dhydroxyde de sodium de concentration molaire CB = 0,1 mol.L

1. Ce dosage est suivi par ph-mtre, on obtient la courbe suivante :

1- Ecrire lquation de la raction de dissolution de lacide sulfamique dans leau. 2- a- Ecrire lquation de la raction ayant lieu au cours du dosage.

b- Dfinir lquivalence acido- basique. c -Dterminer graphiquement le point dquivalence en prcisant la mthode utilise. d - Expliquer la nature de la solution lquivalence. e- Dterminer partir du dosage la quantit dacide sulfamique contenue dans la prise dessai. .Lindication porte par ltiquette est-elle vrifie ?

3- On donne les zones de virage de quelques indicateurs colors : Choisir parmi ces indicateurs celui qui convient le mieux ce dosage. On donne : MN=14 g.mol-1, MO= 16 g.mol-1, MS=32 g.mol-1 MH =1 g.mol-1

Indicateur color Zone de virage de lindicateur

Jaune de mthyle 2,9 4

Hlianthine 3,1 4,4

Bleu de bromothymol 6 7,6

Jaune dalizarine 10 12

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EXERCICE 5

Toutes les solutions sont prises 25 C . On donne ke = 10-14 . On prpare des solutions aqueuses dacide thanoque CH3COOH de concentrations molaires diffrentes C et on mesure leurs pH . Les rsultats sont consigns dans le tableau suivant :

Solution S1 S2 S3 S4

C ( 10-2 mol . L-1) 10 5 1 0,5

pH 2.9 3.05 3.4 3.55

1) Ecrire l quation de la raction de lionisation de lacide dans leau. 2) Dresser le tableau descriptif dvolution du systme. 3) On considre la solution S1

a Exprimer le taux davancement final f de la raction de lionisation de lacide, en fonction de C1 et du

pH1 de la solution S1.

b Calculer f et vrifier alors que la raction est trs limite .

c Etablir lexpression du pH de ces solutions en fonction de C , pka d De combien varie le pH de lune de ces solutions lorsquon la dilue 10 fois ? Prciser si cette variation est une augmentation on une diminution. 4) a Tracer la courbe de variation du pH en fonction de log C . b En dduire la valeur du pka du couple CH3COOH / CH3COO

-

EXERCICE 6

Soit un monoacide AH en solution aqueuse dilue, de concentration molaire C.

1) a) Ecrire lquation chimique de la raction de lacide avec leau. b) Dresser le tableau davancement (en utilisant lavancement volumique y). c) Exprimer le taux davancement final de la raction de dissolution de lacide en fonction de son pH et de sa concentration molaire initiale C.

2) Le tableau suivant comporte les renseignements concernant deux solutions aqueuses dilues (S1) et (S2) dacides respectifs A1H et A2H et de mme concentration molaire.

A1H A2H

pKa1 pKa2 C1=3.10

-2 mol.L

-1 C2= C1

pH1=3,10 pH2=2,9

a- Calculer le taux davancement final de la raction de dissolution de chaque acide dans leau. b- Montrer que les deux acides sont faibles. Prciser, en le justifiant, lacide le plus fort. c- Comparer pKa1 et pKa2.

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d- Calculer pKa2 sachant que A2H est faiblement ionis et que son pH =1

2 (pKa2 logC).

3)Un prlvement de volume V2=10 mL de la solution (S2) est soumis une dilution au dixime, on obtient

ainsi une nouvelle solution S2 ayant un pH=pH2. Voila la liste de matriel pouvant tre utile la dilution :

fiole jauge de 50 mL ; fiole jauge de 100 mL ; pipette deux traits de jauge de 10mL ; pipette deux traits

de jauge de 5mL ; de leau distille. a) Dcrire la dmarche exprimentale suivre, en prcisant le matriel choisi parmi >, pour effectuer une dilution au dixime.

b) Calculer la valeur de pH2. Dduire le taux davancement final aprs dilution. c) Comparer le taux davancement final de la raction de dissolution de lacide A2H avant et aprs dilution. Conclure.

EXERCICE 7

On dose un volume V1 = 20mL dune solution aqueuse de chlorure dhydrogne HCl de molarit C1 puis un

volume V2= 20 mL dune solution dacide thanoque CH3COOH de molarit C2 = 0,1 mol.L-1

par une solution

dhydroxyde de sodium NaOH de molarit Cb = 0,1 mol.L-1

. On suit ces dosages par pH-mtrie et on obtient les

deux graphes ci-dessous.

1/ Le chlorure dhydrogne est un acide fort.

a) Ecrire lquation bilan de la raction de HCl avec leau.

b) partir de lobservation des deux courbes, identifier celle qui correspond lacide chlorhydrique. Justifier.

c) En dduire la concentration C1.

2/a) Lacide thanoque est-il un acide fort ou faible ? Justifier.

b) Ecrire lquation bilan de la raction de cet acide avec leau.

c) Dterminer graphiquement les coordonns du point dquivalence.

Quel est le caractre (acide, basique ou neutre) du mlange lquivalence ? Justifier. b) Dterminer graphiquement le pKa du couple acide base correspondant. c) Comparer la force de lacide thanoque celle de lacide mthanoque dont le pka = 3,75 Justifier.

3/ Ecrire lquation bilan de la raction qui seffectue lors du dosage de chacun des deux acides par la solution de

soude.

Vb(mL) 2 0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14 pH

0 10 0 2 10 Vb(mL)

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

14 pH Courbe a Courbe b

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EXERCICE 8

Donnes :

couples acide base formule pKa

ion oxonium/eau H3O+/H2O 0

acide hypochloreux/ion hypochorite HClO/HClO- 7,3

acide thanoque/ ion thanoate CH3COOH/CH3COO- 4,8

acide mthanoque/ ion mthanoate HCOOH/HCOO- 3,8

acide lactique/ion lactate CH3CHOHCOOH/CH3CHOH-COO- 3,9

eau/ ion hydroxyde H2O/HO- 14

1. A partir d'une solution S0 d'acide faible de concentration C0= 0,1 mol/L on veut prparer 50 mL de solution S1 de concentration C1 = 0,01 mol/L.

- Quel volume de solution S0 faut-il prlever ? Justifier.

- Prciser la verrerie utilise et le mode opratoire.

2. Quelle courbe parmi les graphes ci-dessous correspondent la concentration 0,1 mol/L. Justifier. ( base et acide ont la mme concentration)

graphe2 graphe 1

3. Dterminer partir de la liste des couples donne, l'acide faible au graphe 2 correspondant. Justifier. 4. Ecrire l'quation chimique correspondant au graphe 1. Calculer sa constante d'quilibre. Cette raction est-

elle totale ?

5. Ecrire l'quation chimique correspondant au graphe 2. Calculer sa constante d'quilibre. Cette raction est-elle totale ?

- Quelles sont les proprits d'une solution tampon ?

- Citer une utilisation d'une solution tampon.

6. Sur les graphes 1 ou 2, quelle zone correspond une solution tampon. Justifier. - Expliquer pourquoi sur les courbes de l'autre graphe, il n'y a aucune zone pouvant correspondre une

solution tampon.

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EXERCICE 9

On simule le titrage de 20 mL d'une solution aqueuse d'un acide not AH, de concentration en solut apport

CA=10-2

mol/L, par une solution de soude de concentration cB=0,01 mol/L. Le document ci-dessous est le rsultat

de la simulation. Le logiciel a trac simultanment :

- les variations de pH en fonction du volume de soude vers au cours du titrage.

- Les variations des concentrations molaires (en millimoles /L) de l'acide AH et de sa base conjugue

1. Identifier sans justification chacune des courbes reprsentes par les nombres 1, 2, 3. 2. Graduer l'axe des abscisses. Noter sur la copie la valeur de vB correspondant une division sur l'axe des

abscisses.

3. On tudie la solution d'acide AH avant l'addition de soude : - Ecrire l'quation chimique de la raction de l'acide AH avec l'eau et dresser le tableau d'avancement.

- Calculer l'aide des courbes de simulation, le taux d'avancement final de cette raction.

- Rappeler la dfinition de la constante d'acidit du couple AH / A-. Exprimer cette constante en fonction du

taux d'avancement final de la raction de AH avec l'eau.

- si on recommence une simulation avec une solution de concentration cA' suprieure cA la raction de

l'acide avec l'eau sera-t-elle plus ou moins avance ?

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4. On tudie la raction du titrage : - Ecrire l'quation chimique de la raction de titrage.

- Quelle est la valeur du pKa du couple AH / A- ?

- Etablir le tableau d'avancement de cette raction quand on a ajout 5 mL de soude.

- Quel est le taux d'avancement final d'une raction de titrage ?

- En dduire la concentration attendue en A- quand on a ajout 5 mL de soude.

EXERCICE 10

On se propose d tudier le dosage de VB = 20 mL dune solution dammoniac par une solution dacide chlorhydrique (CA = 0,1 mol.L

-1)

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a- Le graphe permet-il de dire si lammoniac est une base faible ?

b- Schmatiser le dispositif exprimental.

c-Dterminer, daprs le graphe, le volume vers lquivalence dans ce dosage.

En dduire la concentration de la solution dammoniac.

d-Pourquoi le pH est-il acide lquivalence ?

e-Le pH de la solution dammoniac permet-il daffirmer que cest une base faible ?

f-Quel est le pKa du couple acide-base de lammoniac ?

g-Quel indicateur, parmi ceux proposs ci-dessous, conviendrait le mieux pour un tel dosage ?

Indicateur color Zone de virage Couleur de la forme

acide

Couleur ede la forme

basique

Hlianthine 3,1-4,4 Rose Orang

Rouge de mthyle 4,2-6,2 Rouge Jaune

Bleu de bromothymol 6,0-7,6 Jaune Bleu

Phnolphtaline 8,2-10,0 Incolore Rouge violac