Variation du pH au cours des dosages acide.pdf

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PROF: Mr BECHA Adel ( prof principal) 4 eme Sciences exp , maths et technique Matire : Sciences physiques www.physique.ht.cx

Variation du pH au cours des dosages acide-base.

I/Raction entre un acide fort et une base forte

EXPERIENCE

On ajoute progressivement une solution d'hydroxyde de sodium dans une solution d'acide

chlorhydrique et on suit la variation du pH du mlange.

Dans un bcher , on met, l'aide d'une pipette jauge , un volume Va =20 cm3 de solution

d'acide chlorhydrique de concentration initiale Ca =10-2

mol.L-1

.

A l'aide d'une burette gradue , on ajoute une solution d'hydroxyde de sodium de

concentration initiale Cb=10-2

mol.L-1

Aprs chaque addition de cette dernire et homognisation de la solution , on mesure le pH

Etude de la courbe : pH= f(Vb)

* On trace la courbe reprsentant la variation du pH en fonction du volume de la solution

d'hydroxyde de sodium introduit

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Cette courbe est croissante et prsente un seul point d'inflexion

Elle est caractrise par l'existence de trois parties distinctes.

-Premire partie : Le pH varie lgrement d'une faon presque linaire de 2 3,7 environ

- Deuxime partie : le pH varie brusquement et la courbe , pour VOH- = 20 mL prsente un

palier vertical

-Troisime partie : Le pH varie de nouveau trs peu , faon presque linaire ,

INTERPRETATON

Equation bilan de la raction acido-basique

H3O+ + Cl

- + Na

+ + OH

- 2 H2O + Na

+ + Cl

-

soit

H3O+ + OH

- 2 H2O

Cette raction est exothermique, rapide et totale.

Elle correspond au transfert d'un proton H+ de l'ion hydronium H3O

+ vers l'ion hydroxyde OH

-

Dtermination du point d'quivalence

Equivalence acido-basique: On dit qu'il y a quivalence acido-basique lorsque la solution

acide apporte une quantit de protons (sous forme d'ions H3O+) gale celle que peut capter

la solution basique .

Dtermination exprimentale des coordonnes du point dquivalence E

A laide de la mthode des tangentes parallles : on trace deux tangentes parallles de part et d'autre du saut de pH. On trace la perpendiculaire et on cherche son milieu. La droite passant

par ce milieu et parallle aux tangentes coupe la courbe au point E.

E ( vbE =20 mL) pHE= 7.

A lquivalence acido-basique : nH3O+ initial = n OH- ajouts

on peut crire:

CaVa = Cb Vbe

avec:

Ca: Concentration de la solution d'acide:

Va: Volume d'acide vers.

Cb: Concentration de la solution de base:

VbE: Volume de base vers l'quivalence.

Calcul de la concentration de la solution dose

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La dtermination du point dquivalence permet de connatre la concentration de la solution dose

par la relation Ca Va = Cb Vb

Pourquoi le pH est-il neutre lquilvalence ?

Les ions OH- apports par la solution de soude ragissent suivant une raction presque totale

sur les ions H3O+ prsents dans la solution d'acide chlorhydrique :

H3O+ + OH

- H2O + H2O

A l'quivalence , la solution est neutre , car tous les ions H3O+

ont ragi avec les ions OH- dans

la mesure ou nH3O+ initial = n OH- ajouts

L'quation de neutralit lectrique implique :

[Na+] + [H3O

+] = [OH

-] + [Cl

-]

Comme , l'quivalence :

n Na+ ajouts = nCl- initial et [Na+] = [Cl

-]

On a obligatoirement :

[H3O+] = [OH

-]

Avec Ke = [H3O+] [OH

-] = 10

-14 25 C

Donc : H3O+] = 10

-7 mol.L

-1

Et pH = - log [H 3O+

] = 7

On retrouve bien thoriquement la valeur 7 du pH de la solution

* A l'quivalence , le mlange est identique une solution de chlorure de sodium

Les ions Na+ et Cl

- sont des ions inertes et ne ragissent pas avec l'eau.

reprage du point dquivalence avec un indicateur color

Indicateurs zone de virage

hlianthine rouge 3,1 - 4,4 jaune

bleu de bromothymol jaune 6,0 - 7,6 bleu

phnolphtaline incolore 8,2 - 10,0 rose

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L'indicateur le plus appropri est celui dont la zone de virage, aussi troite que possible,

encadre le mieux le pH du point d'quivalence.

Le bleu de bromothymol est l'indicateur color convenable car 6,0 < pHE =7< 7,6

effet de la dilution sur les points particuliers de la courbe pH=f(Vb)

Dterminons exprimentalement les courbes pH = f(VOH-) de mlanges acide fort - base forte

de concentrations molaires initiales diffrentes . en prenant , par exemple des solutions de

concentrations 10-1 ,

10-2

et 10-3 mol.L

-1

(A) : Ca = Cb= 10-1

mol.L-1

(B) : Ca = Cb= 10-2

mol.L-1

(C) : Ca = Cb= 10-3

mol.L-1

Les courbes obtenues ont une allure gnrales identiques

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Le point d'quivalence est identique , mais la hauteur du palier verticale est diffrente . Le

palier est d'autant plus grand que les concentrations sont plus importantes . La variation du pH

au voisinage du point d'quivalence est d'autant plus importante que les concentration

molaires des solutions d'acide et de la base sont plus fortes .

A RETENIR:

La raction d'un acide fort sur une base forte se traduit par une brusque variation

du pH au voisinage du point d'quivalence dfini par : nH3O+ = n OH- et pH= 7

II/Raction entre un acide faible et une base forte

EXPERIENCE

On ajoute progressivement une solution d'hydroxyde de sodium dans une solution

dacide thanoque et on suit la variation du pH du mlange.

Dans un bcher , on met, l'aide d'une pipette jauge , un volume Va = 20 cm3 de

solution d'acide thanoque de concentration initiale Ca

A l'aide d'une burette gradue , on ajoute une solution d'hydroxyde de sodium de

concentration initiale Cb

Aprs chaque addition de cette dernire et homognisation de la solution , on

mesure le pH


* On trace la courbe reprsentant la variation du pH en fonction du volume de la

solution d'hydroxyde de sodium introduit

Cette courbe est croissante et prsente 2 points dinflexion

Elle est caractrise par l'existence de trois parties distinctes

-Premire partie MNP : la courbe prsente une partie croissante MN puis un

palier presque horizontale NP :prsence d'un point dinflexion I

- Deuxime partie PQ : le pH varie brusquement (un saut de pH) :prsence d'un

point dinflexion E

-Troisime partie QR : Le pH varie de nouveau trs peu , faon presque linaire ,

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INTERPRETATON


CH3CO2H + Na+ + OH

-

H2O + Na

+ +

CH3CO2

-

soit

CH3CO2H + OH-

H2O +

CH3CO2

-

Lapport des ions OH- va dplacer lquilibre

CH3CO2H + H2O H3O+

+ CH3CO2-

dans le sens direct puisque les OH- ragissent sur les H3O

+ et les font disparatre

La raction est pratiquement totale elle est exothermique.


Equivalence acido-basique:

lquivalence est obtenue lorsque le nombre dions OH- ajouts (n OH-) est gal au nombre des molcules dacide thanoque introduites initialement dans la solution (n CH3CO2H) .

A lquivalence :

nCH3COOH introduits = n OH- ajouts

Dtermination exprimentale les coordonnes du point dquivalence E

A laide de la mthode des tangentes parallles : E ( vbE =20 mL) pHE=8.3.


La dtermination du point dquivalence permet de connatre la concentration de

7

la solution dose

par la relation CaVa = Cb Vbe

Pourquoi le pH est-il basique l quilvalence ?

A lquivalence on a une solution aqueuse d'thanoate de sodium soit Na+

CH3CO2-

Na+ est indiffrent vis vis de leau

CH3CO2-

est une base faible ,elle ragit avec l'eau selon la raction

CH3CO2- + H2O CH3CO2H + OH

-

Do excs de OH- par rapport aux H3O+ .Le milieu est basique( pHe >7)

A quoi correspond le pH la demi-quivalence:

La demi-quivalence correspond au point de la courbe pour VBE/2

A la demi-quivalence on a dos la moiti de lacide . Il reste donc autant de CH3CO2H que de CH3CO2

-

[CH3-COOH]=[CH3-COO-] donc pH = pKa + log [CH3-COO

-]/[CH3-COOH]

donc pH = pKa + log 1 = pKa

Donc pH = pKa






L'indicateur color appropri est celui qui contient la valeur du pHE dans sa zone de virage

La phnolphtaline est l'indicateur color convenable car 8,2 < pHE < 10.

*On peut utiliser le BBT mais pas l'hlianthine

effet de la dilution sur les points particuliers de la courbe pH=f(Vb)

Dterminons exprimentalement les courbes en prenant , par exemple des solutions de


10-2

et 10-3

mol.L-1

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(A) : Ca = Cb= 10-1

mol.L-1

(B) : Ca = Cb= 10-2

mol.L-1

(C) : Ca = Cb= 10-3

mol.L-1

La dilution donne une courbe o le pH initial est plus grand.

Le pH la demi-quivalence ne varie pratiquement pas .

pHE diminue avec la dilution et tend vers 7

Le saut de pH est moins important.

A RETENIR

Lors du dosage dun acide faible par une monobase forte :

- Le pH au point dquivalence est suprieur 7 ; La basicit observe provient de la raction limite entre la base faible conjugue de lacide et leau ;

-Le pH au point de demi quivalence est gal au pKa du couple acide / base

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III/Raction entre une base faible et un acide fort

EXPERIENCE

On ajoute progressivement une solution d'acide chlorhydrique dans une solution dammoniac et on suit la variation du pH du mlange.

Dans un bcher , on met, l'aide d'une pipette jauge , un volume Va = 20 cm3 de solution dammoniac de concentration

initiale Cb .

A l'aide d'une burette gradue , on ajoute une solution d'acide chlorhydrique de concentration initiale Cb= 10-2

mol.L-1

.

Aprs chaque addition et homognisation de la solution , on mesure le pH


* On trace la courbe reprsentant la variation du pH en fonction du volume de la solution d'acide chlorhydrique

introduit.

Cette courbe est dcroissante et prsente 2 points dinflexion

Elle est caractrise par l'existence de trois parties distinctes

-Premire partie MNP : la courbe prsente une partie dcroissante MN puis un palier presque horizontale NP :prsence

d'un point dinflexion I

- Deuxime partie PQ : le pH varie brusquement (une chute de pH) :prsence d'un point dinflexion E

-Troisime partie QR : Le pH varie de nouveau trs peu , faon presque linaire ,

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INTERPRETATON


NH3 + H3O+ + Cl

-

H2O + NH4

+ + Cl

-

soit

NH3 + H3O+

H2O +

NH4+

Lapport des ions H3O+ va dplacer lquilibre

NH3 + H2O NH4+

+ OH -

dans le sens direct puisque les H3O+

ragissent sur les OH- et les font disparatre

La raction est pratiquement totale . elle est exothermique.


Equivalence acido-basique:

lquivalence est obtenue lorsque le nombre dions H3O+ ajouts (n H3O+) est gal au nombre des molcules dammoniac

introduites initialement dans la solution (n NH3) .

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A lquivalence :

nNH3 introduits = n H3O+ ajouts

Dtermination exprimentale les coordonnes du point dquivalence E

A laide de la mthode des tangentes parallles :

E ( VaE =20 mL) pHE=5.8.


La dtermination du point dquivalence permet de connatre la concentration de la solution dose

par la relation CaVae = Cb Vb

Pourquoi le pH est-il acide l quilvalence ?

A lquivalence on a une solution aqueuse de chlorure d'ammonium soit NH4+ Cl

-

Cl- est indiffrent vis vis de leau

NH4+ est un acide faible ,il ragit avec l'eau selon la raction

NH4+ + H2O NH3 + H3O

+

Do excs de H3O+

par rapport aux OH- . Le milieu est acide( pHe < 7)

A quoi correspond le pH la demi-quivalence:

La demi-quivalence correspond au point de la courbe pour VbE/2

A la demi-quivalence on a dos la moiti de la base . Il reste donc autant de NH3 que de NH4 +

[NH3]=[NH4 +

] donc pH = pKa + log [NH3] /[NH4 +]

donc pH = pKa + log 1 = pKa

Donc pH = pKa


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rouge de mthyle rouge 4,2- 6,2 jaune


L'indicateur color appropri est celui qui contient la valeur du pHE dans sa zone de virage

La rouge de mthyle est l'indicateur color convenable car 4,2 < pHE < 6,2.

effet de la dilution sur les points particuliers de la courbe pH=f(Va)

Dterminons exprimentalement les courbes en prenant , par exemple des solutions de


10-2

et 10-3

mol.L-1

(A) : Ca = Cb= 10-1

mol.L-1

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(B) : Ca = Cb= 10-2

mol.L-1

(C) : Ca = Cb= 10-3

mol.L-1

La dilution donne une courbe o le pH initial est plus petit.

Le pH la demi-quivalence ne varie pratiquement pas.

pHE augmente avec la dilution et tend vers 7

Le saut de pH est moins important..

A RETENIR

Lors du dosage dun acide faible par une monobase forte :

- Le pH au point dquivalence est infrieur 7 ; L'acidit observe provient de la raction limite entre lacide faible conjugue de la base et leau ;

-Le pH au point de demi quivalence est gal au pKa du couple acide / base

IV/Solutions tampon

Dfinition des solutions tampons

On appelle solution tampon, une solution dont le pH varie peu lorsque lon ajoute de faibles quantits dacides ou de bases. Elles peuvent tre fabriques en utilisant un mlange quimolaire dun acide faible et de sa base conjugue.

La composition dune solution tampon correspond la partie sensiblement rectiligne des courbes de raction entre un acide faible et une base forte ou dune base faible et dun acide fort au voisinage de la quivalence. Des recettes permettent de fabriquer facilement des

solutions tampons.

Exemples de solutions tampons :

- mlange quimolaire de CH3COOH et CH3COONa

- mlange quimolaire de NH3 et NH4Cl

De nombreux milieux naturels sont tamponns : le sang , la salive, les sucs gastriques, le

lait

Prparation d'une solution tampon

Lorsque lon est en prsence dun mlange quimolaire [A-] = [AH] , la relation pH = pKa + log[A

-]/[AH] devient pH = pKa.

La solution tampon a donc un pH gal au pKa du couple acide base mis en jeu.

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