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Détermination expérimentale d'un pKa

Posté par
Neyhane 04-01-20 à 09:52

Bonjour à tous, j'espère que vous allez bien.

J'ai ici un exo de Chimie qui me bloque car on a pas fait le chapitre. Ainsi notre prof nous a dit de chercher de l'aide et c'est alors que je souhaite qu'on m'aide dans cette exercice.

On dispose de deux solutions :
- Solution  A d'acide méthanoique de concentration:C_{A} = 0,1 mol/l
- Solution B de méthanoate de sodium de concentration : C_{B} = 0,1 mol/l

On réalise plusieurs mélanges de V_{A}  cm^{3} de solution A, et V_{B}   cm^{3} de solution B, et, pour chacun d'eux, on mesure le pH. On obtient les résultats suivants :

V_{A} (cm^{3})302522181510
V_{B} (cm^{3})101518222530
pH3,33,53,73,84,04,3


1- Calculer les concentrations, en mol/l, des espèces présents dans le premier mélange (Va= 30 cm^3 ; Vb= 10 cm^3).
Montrer que les rapports  \frac{[H-CO_{2}^{-}]}{[H-CO_{2}H]}  et  \frac{C_{B}V_{B}}{C_{A}V_{A}}  peuvent être considérés comme étant égaux.

2- Admettre que la conclusion précédente est valable a fortiori pour tous les autres mélanges.

Tracer la courbe de variation du pH en fonction de log\frac{[H-CO_{2}^{-}]}{[H-CO_{2}H]}

Echelles : 1 cm pour 0,05 unité de log
                      1 cm pour 0,5 unité de pH

3- En déduire que le pH peut s'écrire sous la forme :

                         pH = a.log\frac{[H-CO_{2}^{-}]}{[H-CO_{2}H]} + b

4- En déduire les valeurs de la constante pKa et de la constante d'acidité Ka.

Je vous remercie d'avance

Posté par
odbugt1re : Détermination expérimentale d'un pKa 04-01-20 à 11:18

Bonjour,

Question 1 :
Construire et exploiter un tableau d'avancement concernant l'équilibre :
HCO2H + H2O = HCO2- + H3O+

Je dois m'absenter jusqu'à 20h environ.
Si Neyhane se manifeste d'ici là ou bien si quelqu'un désire gérer ce post qu'il n'hésite pas à le faire !
Bonne journée à tous !

Posté par
Neyhanere : Détermination expérimentale d'un pKa 04-01-20 à 16:16

D'accord merci pour la réponse, mais je n'ai pas compris le tableau que vous voulez que je fasse.
Ne dois-je pas faire un mélange des solutions ? comme cela :

HCOOH + H_{2}O \Leftrightarrow HCOO^{-} + H_{3}O^{+} \\          HCOONa \rightarrow HCOO^{-} + Na^{+}

Et puis de là j'pense que je devrais calculer les concentrations mais je ne suis pas sûr.

Posté par
odbugt1re : Détermination expérimentale d'un pKa 04-01-20 à 18:50

Tu es en terminale et tu ne sais pas ce qu'est un tableau d'avancement ?
Peut être n'es tu pas scolarisé en France ?

Posté par
Neyhanere : Détermination expérimentale d'un pKa 04-01-20 à 19:04

Non, effectivement, je n'suis pas scolarisé en France et non je ne sais pas ce qu'est ce fameux tableau. Voudriez vous m'éclairez ?

Posté par
odbugt1re : Détermination expérimentale d'un pKa 04-01-20 à 19:27

Ce forum n'est pas adapté pour faire un cours.
Tu pourras trouver des renseignements en fouillant un peu sur internet.
Voir par exemple ici.

Ne connaissant pas les méthodes utilisées par ton professeur qui peuvent se substituer au tableau d'avancement (on dit aussi tableau d'évolution) je crains de ne pas pouvoir t'être utile.
Toutefois j'espère qu'un autre intervenant pourra t'aider.

En revanche tu peux faire les questions 2,3,4 pour lesquelles tu n'as plus besoin de tableau d'avancement.

Posté par
gts2re : Détermination expérimentale d'un pKa 04-01-20 à 20:22

Bonjour,

Pour la 1, si vous n'avez pas fait le cours correspondant, vous pouvez prendre le texte à la lettre : vous introduisez Va=30mL de HA à la concentration cA=0,1 mol/L dans un volume total de Va+Vb=40 mL. Quelle est alors la concentration de HA ?

Posté par
Neyhanere : Détermination expérimentale d'un pKa 04-01-20 à 21:06

Alors ça j'pense savoir alors ça va donner ça :

\frac{C_{A}V_{A}}{V_{T}}= \frac{0,1 \times 0,03}{0,04}= 0,075

Donc une concentration de 0,075 pour le HCOO- ?

Posté par
gts2re : Détermination expérimentale d'un pKa 04-01-20 à 22:40

Bonjour,

L'idée est la bonne sauf que je pense que les 30 mL concerne HCOOH.

Posté par
Neyhanere : Détermination expérimentale d'un pKa 05-01-20 à 08:23

Oui dans ce cas on fait comment ?

Posté par
gts2re : Détermination expérimentale d'un pKa 05-01-20 à 08:43

Bonjour,

Vous faites ce que vous avez fait le 04/01 à 21:06 qui est correct au fait près que vous avez  confondu la solution A et la solution B :

\frac{C_{A}V_{A}}{V_{T}}= \frac{0,1 \times 0,03}{0,04}= 0,075 donne la concentration de HCOOH "Solution  A d'acide méthanoique"

\frac{C_{B}V_{B}}{V_{T}}= \frac{0,1 \times 0,01}{0,04}= 0,025 donne la concentration de  HCOO- "Solution B de méthanoate"

Posté par
Neyhanere : Détermination expérimentale d'un pKa 05-01-20 à 10:33

Voilà d'accord mais pour le coup les espèces présentes sont seulement HCOO- et HCOOH ? qu'en est-il de Na ?

Posté par
gts2re : Détermination expérimentale d'un pKa 05-01-20 à 10:36

Bonjour,

Si vous introduisez HCOO- Na+, la concentration en Na+ est la même que celle de HCOO-.

Posté par
Neyhanere : Détermination expérimentale d'un pKa 05-01-20 à 14:37

D'accord merci et pour la question 2 ? comment on fait ?

Posté par
gts2re : Détermination expérimentale d'un pKa 05-01-20 à 17:27

Bonjour,

c'est juste du calcul, pour chaque colonne du tableau, vous avez le pH et vous calculez log(...) à partir du résultat obtenu à la question 1. Et enfin vous reportez le tout sur un graphe.

Posté par
odbugt1re : Détermination expérimentale d'un pKa 05-01-20 à 18:34

L'ennui, c'est que Neyhane n'a pas montré que :

les rapports  \dfrac{[H-CO_{2}^{-}]_{eq}}{[H-CO_{2}H]_{eq}}  et  \dfrac{C_{B}V_{B}}{C_{A}V_{A}}  peuvent être considérés comme étant égaux.

Et c'est pour cela que l'emploi d'un tableau d'avancement serait souhaitable.

Posté par
gts2re : Détermination expérimentale d'un pKa 05-01-20 à 18:51

Bonjour,

Dans son message du 4/01 à 21:06, Neyhane a montré que \frac{C_A V_A}{V_t}=(HCOO-). A la confusion près des deux solutions cela donne bien \frac{C_B V_B}{C_A V_A}=\frac{(HCOO^-)}{(HCOOH)}.

Le problème, à ce que j'ai compris, est que Neyhane n'a pas encore traité  le chapitre acide faible.

Posté par
odbugt1re : Détermination expérimentale d'un pKa 05-01-20 à 19:10

Le calcul de Neyhane concerne les concentrations initiales de HCOO- et HCOOH mais, bien que cela ne soit pas clairement exprimé je pense que la démonstration demandée concerne les concentrations à l'équilibre de ces deux espèces chimiques.

D'ailleurs la question ne demande pas de démontrer la stricte égalité

entre  \dfrac{[H-CO_{2}^{-}]}{[H-CO_{2}H]}  et  \dfrac{C_{B}V_{B}}{C_{A}V_{A}}

mais demande de montrer une égalité approchée

Posté par
Neyhanere : Détermination expérimentale d'un pKa 05-01-20 à 19:11

D'accord c'est bon j'ai réussi à calculer les concentrations grâce à mes cours et donc la question qui me pose problème c'est la question 3. comment faire ?

Posté par
Neyhanere : Détermination expérimentale d'un pKa 05-01-20 à 19:34

je sais juste que pH = pKa + log\frac{\left[HCOO^{-} \right]}{\left[HCOOH \right]}
Mais après je sais pas si ça va servir

Posté par
gts2re : Détermination expérimentale d'un pKa 05-01-20 à 19:36

Bonjour,

Deux questions :
1- à quoi ressemble la courbe de la question 2 ?
2- quel chapitre avez-vous fait ? et cet exercice est une introduction à quel chapitre ?

Posté par
gts2re : Détermination expérimentale d'un pKa 05-01-20 à 19:38

Bonjour,

"démonstration demandée concerne les concentrations à l'équilibre"

Chimiquement tout à fait d'accord, j'attends la réponse de Neyhane sur le positionnement de l'exercice.

Posté par
gts2re : Détermination expérimentale d'un pKa 05-01-20 à 19:40

Bonjour,

"Je sais juste que pH = pKa + log\frac{\left[HCOO^{-} \right]}{\left[HCOOH \right]} "

Donc vous avez fait le chapitre correspondant ?

Posté par
Neyhanere : Détermination expérimentale d'un pKa 05-01-20 à 19:47

Pour être plus précis, le prof a seulement fait l'introduction du chapitre en nous donnant la valeur du pH dans les acides/bases faibles. Et donc pour ce qui est du reste avec la courbe on a pas encore fait.

Et la courbe ressemble à une courbe d'une fonction affine à savoir y=ax + b

Posté par
gts2re : Détermination expérimentale d'un pKa 05-01-20 à 19:56

Votre fonction affine est donc avec les notations du texte :
pH = a.log\frac{[H-CO_{2}^{-}]}{[H-CO_{2}H]} + b
Donc la question 3 est résolue.

Une fois la question 4 résolue, vous pouvez revenir un peu en arrière pour justifier à la question 1 : (HCOOH) introduit=(HCOOH) équilibre, grâce au tableau d'avancement selon la suggestion de "odbugt1".  

Posté par
Neyhanere : Détermination expérimentale d'un pKa 05-01-20 à 20:12

D'accord en fait y'avait une question pour calculer le a et le b que j'avais oublié de mettre mais j'pense savoir comment faire.

Et donc la question 4, pour calculer la constante pKa c'est comme chercher le b, non ?

Posté par
gts2re : Détermination expérimentale d'un pKa 05-01-20 à 20:16

Bonjour,

Oui pKa=b, il serait bon de vérifier que a=1

Posté par
Neyhanere : Détermination expérimentale d'un pKa 05-01-20 à 20:22

Je l'ai fait ! j'ai trouvé que a=1.  
Et donc ensuite, la constante d'acidité Ka, comment on fait ?

Posté par
gts2re : Détermination expérimentale d'un pKa 05-01-20 à 20:24

Quelle est la définition de pKa ?

Posté par
Neyhanere : Détermination expérimentale d'un pKa 05-01-20 à 20:46

Eh bien si je me souviens bien c'était pka = -logka et donc on aura Ka = 10^{-pKa}. Donc c'est la formule à utiliser ?

Posté par
gts2re : Détermination expérimentale d'un pKa 05-01-20 à 20:52

Utilisez les définitions est souvent une méthode simple de résolution.
Donc oui, c'est bien cela.  

Posté par
Neyhanere : Détermination expérimentale d'un pKa 05-01-20 à 20:59

Voilà voilà et pour revenir à la question 1 c'est bon j'ai réussi à faire sans devoir à utiliser le tableau d'avancement.

Et donc merci pour votre aide et à odbugt1 aussi. Et bonne soirée !!

Posté par
gts2re : Détermination expérimentale d'un pKa 05-01-20 à 22:47

Bonjour,

On va quand même terminer sur le tableau pour voir son rôle.

                           HCO2H + H2O = HCO2- + H3O+  
introduit       cA                                 cB                0
équilibre       cA-h                             cB+h          h

Et au vu de la valeur de h déduit du pH, on voit cA-h=(HCO2H)eq vaut quasi cA.


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