Aurélie 05/06/08
 

 

Acide chlorhydrique et acide éthanoïque bac S Polynésie 2008.

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Définir un acide selon Bronsted :

Espèce, ion ou molécule susceptible de céder un proton H+.

Ecrire l'équation de la réaction du chlorure d'hydrogène avec l'eau et celle de la réaction de l'acide éthanoïque avec l'eau.

HCl aq + H2O(l) = H3O+ aq + Cl-aq.

CH3COOHaq + H2O(l) = H3O+ aq +CH3COO-aq.

Un élève se demande si deux solutions d'acides différents, mais de même concentration, ont le même pH. Il dispose d'une solution de chlorure d'hydrogène ( acide chlorhydrique) S1 et d'une solution d'acide éthanoïque S2 de même concentration en soluté apporté c= 1,00 10-2 mol/L. Il mesure un pH de 2,0 pour S1 et un pH de 3,4 pour S2.


Déterminer la concentration des ions oxonium dans chaque solution.

[H3O+ aq ] = 10-pH.

S1 : [H3O+ aq] = 1,0 10-2 mol/L.

S2 : [H3O+ aq] =10-3,4 = 4,0 10-4 mol/L.


En considérant un volume V= 1,00 L de solution aqueuse d'un acide AH de concentration molaire en soluté apporté c, dresser le tableau d'avancement de la réaction de l'acide AH avec l'eau ( le compléter avec les valeur littérales c, V, x et xf). 


avancement (mol)
AH aq
+ H2O(l)
= H3O+aq
+ A-aq
initial
0
n0 =cV
solvant en grand excès
0
0
en cours
x
cV -x
x
x
fin ( si réacrion totale)
xmax = cV
cV -xmax=0
xmax
xmax
fin ( si réacrion limitée)
xfin = t xmax =t n0
cV -xfin
xfin
xfin
Le volume étant de 1 L on peut confondre quantité de matière et concentration .

Déterminer le taux d'avancement final en fonction du pH et de la concentration c.

[H3O+aq] = 10-pH=xfin /V soit xfin =V 10-pH et xmax = cV ;

Le taux d'avancement final s'exprime par : t = xfin/xmax = 10-pH / c.

En déduire les valeurs du taux d'avncement final dans le cas des solutions S1 et S2. Conclure.

S1 : t =10-2 / 10-2 = 1 , réaction totale.

S2 : t =10-3,4 / 10-2 = 10-1,4 = 4 10-2 , réaction limitée.

Dilution des solutions S1 et S2.

Décrire le mode opératoire pour préparer 100 mL de solution fille diluée 10 fois à partir d'une solution mère.

Le facteur de dilution est égal à F=10

Le volume de la pipette jaugée est égal au volume de la fiole jaugée divisé par le facteur de dilution.

Prélever 10,0 mL de solution mère à l'aide d'une pipette jaugée de 10,0 mL + pipeteur.

Verser dans la fiole jaugée de 100,0 mL et compléter celle-ci jusqu'au trait de jauge avec de l'eau distillée.

Agiter pour rendre homogène.

La mesure du pH des solutions filles donne 3,0 pour l'acide chlorhydrique et 3,9 pour la solution d'acide éthanoïque.

Dans les solutions diluées, la concentration des ions oxonium a t-elle été divisée par 10 ? Justifier.

acide chlorhydrique : [H3O+aq] mère = 10-2 mol/L ; [H3O+aq] fille = 10-3 mol/L

[H3O+aq] mère/ [H3O+aq] fille =10.

la concentration des ions oxonium a été divisée par 10.

acide éthanoïque : [H3O+aq] mère = 4 10-4 mol/L ; [H3O+aq] fille = 10-3,9 =1,3 10-4 mol/L

[H3O+aq] mère/ [H3O+aq] fille =4/1,3 =3.

la concentration des ions oxonium n'a pas été divisée par 10.

Dans le cas de l'acide éthanoïque, dans quel sens s'est déplacé l'équilibre du système ? Justifier.

 CH3COOHaq + H2O(l) = H3O+ aq +CH3COO-aq.

Taux d'avancement final : tmère = 10-3,4 / 10-2 = 10-1,4 =0,040 ; tfille = 10-3,9 / 10-3 = 10-0,9 =0,13.

Dans la solution diluée, l'acide éthanoïque est plus ionisé : l'équilibre a été déplacé dans le sens direct.

Pour la solution d'acide éthanoïque S2 de concentration c = 1,00 10-2 mol/L calculer la valeur de l'expression :

K= [H3O+ aq]éq [CH3COO-aq]éq / [CH3COOHaq]éq.


avancement (mol)
CH3COOHaq
+ H2O(l)
= H3O+aq
+ CH3COO-aq
initial
0
n0 =cV
solvant en grand excès
0
0
en cours
x
cV -x
x
x
fin ( si réacrion totale)
xmax = cV
cV -xmax=0
xmax
xmax
fin ( si réacrion limitée)
xfin = t xmax =t n0
cV -xfin
xfin
xfin
[H3O+ aq]éq =[CH3COO-aq]éq = xfin /V = 10-pH = 10-3,4 = 3,98 10-4 mol/L

[CH3COOHaq]éq =c-xfin /V = 10-2 - 3,98 10-4 =9,60 10-3 mol/L

par suite K =3,98 10-4 *3,98 10-4 / 9,60 10-3 =1,65 10-5.

On constate que l'on obtient la même valeur pour la solution diluée 10 fois.

Quel nom donne t-on à cette valeur caractéristique du couple CH3COOHaq /CH3COO-aq ?

Constante d'acidité.




Bouteille de vinaigre.

On lit sur une bouteille de vinaigre l'indication : 7,0 % d'acidité.

S'agit-il d'un pourcentage massique ou d'un pourcentage volumique ?

Pour le savoir, on considère le vinaigre comme une solution aqueuse d'acide éthanoïque et on procède à un titrage pHmétrique de V1 = 20,0 mL de vinaigre dilué 10 fois par une solution aqueuse d'hydroxyde de sodium de concentration cB=0,100 mol/L.

Coordonnées du point équivalent : pHE = 8,4 ; VE= 23,8 mL.

Données :

Masse volumique du vinaigre : rv=1,02 g/mL

Masse volumique de l'acide éthanoïque pur : ra=1,05 g/mL

Masse molaire de l'acide éthanoïque M= 60,0 g/mol.

Ecrire l'équation de la réaction support du titrage.

CH3COOHaq + HO- aq = H2O(l) + CH3COO- aq.

On montre que cette réaction peut servir de support au titrage.

Citer au moins une propriété de la transformation chimique.

Rapide et totale.

Donner en justifiant la concentration c1 en acide éthanoïque du vinaigre dilué 10 fois. En déduire la concentration c0 du vinaigre.

 A l'équivalence du dosage, les quantités de matière des réactifs mis en présence sont en proportions stoechiométriques.

V1c1 = VEcB ; c1 = VEcB /V1=23,8*0,100/20,0 =0,119 mol/L ; c0 = 10 c1 = 1,19 mol/L.




Montrer que la masse ma d'acide éthanoïque dissoute dans 1 L de vinaigre est 71,4 g.

ma = n M = 1,19*60,0 =71,4 g.

En déduire le volume Va d'acide éthanoïque pur correspondant à cette masse.

Va = ma / ra=71,4 / 1,05 =68,0 mL.

Parmi les deux rapport ci-dessous lequel correspond au pourcentage d'acidité ? Justifier.

% massique = % d'acidité = ma/ masse de 1 L de vinaigre ; Va (mL)/1000.

ma/ masse de 1 L de vinaigre = 71,4/ 1020 = 7,0 10-2.

% volumique =Va (mL)/1000 = 68/1000 = 6,8 10-2.

Quel indicateur coloré convient le mieux pour ce titrage ? Justifier.
indicateur coloré
zone de virage
hélianthine
3,1 - 4,4
bleu de bromothymol
6,0 - 7,6
phénolphtaléine
8,2 - 10
La zone de virage de l'indicateur coloré doit contenir le pH du point équivalent ( pHE = 8,4) : donc phénolphtaléine.



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