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TP - pH-métrie et dosage d'un monoacide
Bonsoir,
Je suis actuellement en train de préparer un TP de Chimie portant sur la pH-métrie et le dosage d'un monoacide.
Premièrement, on nous demande de trouver des équations de réaction pour deux acides (chlorhydrique et éthanoïque) :
1) d'abord celle de dissociation de l'acide dans l'eau
2) puis celle entre l'acide et une solution d'hydroxyde de sodium
Mes résultats sont les suivants :
1) a) HCl + H2O --> Cl- + H3O+
b) CH3COOH + H2O = CH3COO- + H3O+
2) a) HCl + NaOH --> NaCl + H2O
b) CH3COOH + NaOH = CH3COONa + H2O
Dans un second temps, on nous demande d'exprimer le pH de l'acide faible à l'équivalence en fonction de Ca, Va, VE, pKa et pKe. (avec Ca la concentration de l'acide, Va le volume d'acide dosé, Cb la concentration de la base et VE le volume versé à l'équivalence)
Là où j'en suis :
L'acide faible dont on parle est sûrement l'acide éthanoïque. J'ai réussi à exprimer le pH en fonction de certaines de ces valeurs, sans parvenir à toutes les utiliser dans une seule et même formule.
J'ai noté toutes les relations auxquelles j'ai pu penser mettant en jeu ces valeurs :
pH = - log[H3O+]
Ke = [H3O+][HO-] = 10-14
pKe = -log(Ke) = 14
pH = pKe + log[HO-]
pKa = -log(Ka)
et à l'équivalence, CaVa = CbVE
Comme on ne demande pas d'exprimer le pH en fonction de Cb, j'imagine qu'il faut remplacer Cb par CaVa/VE
Mes questions :
- Mes équations de départ sont-elles correctes ?
- Laquelle des deux équations impliquant l'acide éthanoïque faut-il utiliser ? (J'ai essayé d'exprimer le Ka en fonction de Ca et Cb, mais je me suis peut-être trompé d'équation...)
- Y a-t-il d'autres relations à utiliser et à transformer pour trouver l'expression du pH ?
Je vous remercie d'avance pour toutes les pistes et les éclaircissements que vous pourrez m'apporter !
Bonjour
- Mes équations de départ sont-elles correctes ?
J'ignore quel est ton programme et les exigences de tes professeurs mais cette façon d'écrire les équations me parait très "datée" et pas conforme à la réalité.
Pour commencer il faut bien faire la différence entre HCl qui est un gaz (le chlorure d'hydrogène) et l'acide chlorhydrique qui est la solution aqueuse de ce gaz. L'équation 1a) est donc correcte mais représente la réaction du chlorure d'hydrogène sur l'eau.
Ensuite, depuis une petite cinquantaine d'année, les équations font intervenir uniquement les espèces chimiques qui participent effectivement à la réaction, omettant ainsi les espèces spectatrices. Pour 2a), cela donne :
H3O+ + HO- =2H20
Je te laisse rectifier pour 2b).
Pour la suite : tu peux considérer qu'à l'équivalence, la solution est une solution d'éthanoate de sodium de concentration c' à exprimer en fonction de Ca, Ve et Va.
Merci pour ces précisions.
Pour l'équation 1a), il suffirait de préciser aq en indice ?
Pour l'équation 2b), j'ai alors
CH3COOH + HO- = CH3COO- + H2O
Si je n'ai pas fait d'erreur, je trouve que la concentration c' de la solution d'éthanoate de sodium est : c' = CaVa / VE
D'accord avec toi pour les équations.
À l'équivalence, le volume de la solution est (Va + Ve) si Ve désigne le volume de la solution d'hydroxyde de sodium ajouté à l'équivalence.
Merci ! J'avais complètement oublié ce point dans mon tableau d'avancement.
J'en viens à :
Ka = [CH3COO-] / [CH3COOH][OH-]
Ka = c' / Ca [OH-]
avec c' = CaVa / (VE+Va)
(les Ca s'annulent)
d'où Ka = Va / (Ve+Va)[OH-]
pKa = - log(Va) + log(VE+Va) + log[OH-]
d'où log[OH-] = pKa + log(Va) - log(VE+Va)
J'utilise la relation pH = pKe + log[OH-] pour obtenir :
pH = pKe + pKa + log(Va) - log(VE + Va)
Je constate que pH dépend de toutes les valeurs demandées, sauf de Ca (qui s'annule au cours du calcul) : est-ce que j'aurais fait une autre erreur quelque part ?
Non. Ka n'est pas la constante d'équilibre de la réaction que tu écris.
Il faut envisager une solution d'ethanoate de sodium à c' mol/L , tu dois envisager la réaction des ions ethanoate sur l'eau, remplir un tableau d'avancement... Revois bien ton cours sur le pH des solutions aqueuses de base faible.
Suite à votre message, je viens de reconsulter mon cours.
Je ne suis pas sûr d'avoir bien compris le principe du raisonnement... Du moins, je n'ai pas saisi l'importance de cette étape...
On considère la réaction dans ce sens ?
CH3COO- + H2O = CH3COOH + HO-
(avec les concentrations à l'équilibre déterminées dans le tableau d'avancement)
Sans en être sûr, j'ai peut-être compris :
Si c'est bien cette équation que l'on considère, la constante d'équilibre correspondrait à Kb.
Et on pourrait faire le lien entre Ka et Kb par Ke = Ka Kb ?
D'accord avec l'équation de la réaction et la constante d'équilibre de cette réaction est bien Kb=Ke/Ka.
Très bien, merci beaucoup !
Je recommence les calculs :
Kb = [CH3COOH][OH-] / [CH3COO-]
Kb = Ca [OH-] / c'
avec c' = CaVa / (VE+Va)
d'où Kb = (Ve+Va)[OH-] / Va
log(Kb) = log(Ve+Va) + log[OH-] - log(Va)
Ka = Ke / Kb, d'où :
pKa = log(Kb) - log(Ke)
pKa = log[OH-] + log(Va + VE) - log(Va) + pKe
d'où log[OH-] = pKa - pKe - log(Va+VE) + log(Va)
Je termine par la relation pH = pKe + log[OH-] pour obtenir :
pH = pKa + log (Va / (Va + VE))
Le raisonnement vous paraît-il correct ? Car il n'y a ni Ke, ni Ca dans la relation finale.
Ton résultat est nécessairement faux : il conduit à un pH inférieur au pKa donc inférieur à 4,76 puisque le log que tu fais intervenir est négatif. Or, tu dois savoir que le titrage d'un acide faible par une base forte conduit à un pH basique à l'équivalence. Je te fournis le tableau d'avancement faisant intervenir x : l'avancement par unité de volume de solution :
| espèces chimiques | CH3COO- | H2O | CH3COOH | HO- |
| Quantités introduites par litre(mol/L) | c' | excès | 0 | 0 |
| concentrations à l'équilibre | c' - x  c' | excès | x | x |
L'ion éthanoate étant une base très faible, je fais l'hypothèse d'une réaction extrêmement limitée : c' - x
c'
Tu n'as plus qu'à utiliser l'expression de Kb, ce qui te fournit une équation vérifiée par x=[HO-].
Tout cela est certainement dans ton cours...
Oups, j'aurais dû m'en rendre compte... Merci une nouvelle fois pour votre correction, elle m'a permis de bien cibler mes lacunes dans ce domaine.
Après avoir utilisé l'expression de Kb, j'en viens donc à :
pH = 1/2 (pKe + pKa + log(c'))
soit
pH = 1/2 (pKe + pKa + log(CaVa/(Va+VE)))
Ce qui me semble déjà plus cohérent au vu des ordres de grandeur et des valeurs demandées dans l'expression finale.
OK ! Pense tout de même à vérifier que le résultat est cohérent avec les hypothèses simplificatrices :
1° : base faiblement dissociée dans l'eau donc pH>(pKa+1)
2° : influence de l'autoprotolyse de l'eau négligée donc pH>7,5.
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