Dosage acide- base indicateur








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Exercices de chimie 4ème année Maths Sc.Exp et Tech

Dosage acide- base - indicateur

Exercice 1 : 1) Le tableau suivant regroupe quelques valeurs de pKa des couples acide –base :

Couple acide- base

NH4+/NH3

CH3NH3+/CH3NH2

C5H5NH+/C 5H 5N

pKa

9,25

10,72

5,18

Classer les trois acides par force croissante.

2) Une quantité de chlorure de pyridinium C5H5NHCl, que nous noterons BHCl, est dissoute à 25°C dans l’eau distillée afin d’obtenir une solution aqueuse diluée (S) de concentration C, dans laquelle une très faible quantité de la forme acide BH+ s’est transformée en B selon l’équation de la réaction : BH+ + H2O B + H3O+

Et où l’on néglige les ions provenant de l’ionisation propre de l’eau devant les ions provenant de BH+. Montrer, en précisant les approximations utilisées, que le pH de cette solution s’écrit :

PH= ½ (pKa – logC) (1).

  1. Deux flacons (A1) et (A2) contiennent l’un la solution S et l’autre une solution S’ d’acide fort HCl de concentration C’. Ayant oublié de coller une étiquette sur chaque flacon, on se propose de reconnaître expérimentalement le contenu des deux flacons.

Le pH-mètre étant en panne, on utilise les indicateurs colorés.

Matériels nécessaire pour la réalisation des différentes expériences :

  • Les indicateurs colorés : (IC1), (IC2) et (IC3).

    Indicateurs colorés

    Teinte acide

    Teinte basique

    Jaune d’alizarine (IC1)

    Rouge : pour un pH  1.9

    Jaune : pour un pH  3.3

    Rouge d’alizarine (IC2)

    Jaune : pour un pH  3.7

    Violet : pour un pH  5.2

    Vert de bromocrésol (IC3)

    Jaune : pour un pH  3.8

    Bleu : pour un pH  5.4

  • verrerie : trois tubes à essai numérotés de 1 à 3.

  • Matériel pouvant être utile à la dilution : fiole jaugée de 10 mL ; fiole jaugée de 50mL ; pipette à deux traits de jauge de 10mL ; pipette à deux traits de jauge de 1mL ; de l’eau distillée.

Expérience n°1 : des prélèvements de 2mL environ effectués dans (A2 ) sont introduits dans les tubes à essai n°1 et 2 auxquels on ajoute respectivement les indicateurs colorés (IC1) et (IC2). La coloration est jaune dans les deux tubes à essai.

Déduire un encadrement pour le pH de cette solution. Ces résultats expérimentaux ne permettent pas d’identifier le contenu des deux flacons.

Expérience n°2 :

Un prélèvement du flacon (A2) soumis à une dilution au dixième est introduit dans un flacon (A3). Un prélèvement de 2mL environ effectué dans (A3) est introduit dans le tube à essai n°3. On y ajoute l’indicateur coloré (IC3) . la coloration est encore jaune.

  1. décrire la démarche expérimentale à suivre, en précisant le matériel choisi parmi << matériel pouvant être utile à la dilution >>, pour effectuer une dilution au dixième.

  2. Déduire la nature du contenu du flacon (A2) et préciser la valeur de son pH. Calculer la concentration de cette solution.

Exercice 2

On se propose d’étudier le caractère et la nature d’une solution aqueuse (S) de concentration (C) à la température ambiante.

1°) On utilise trois indicateurs colorés pour étudier la solution (S). On obtient les résultats suivants :

Indicateur coloré

Teinte acide

Teinte basique

Couleur de (S)

Rouge d’alizarine

Jaune :pour un pH  3,7

Violet : pour un pH  5,2

jaune

hélianthine

Rouge: pour un pH  3,2 

jaune: pour un pH  4,4

rouge

Bleu de thymol

rouge: pour un pH  1,2

jaune: pour un pH  2,7

jaune

  1. Donner la définition d’un indicateur coloré ; définir sa teinte sensible.

  2. Quelles limites peut-on attribuer au pH de la solution (S) ?Quel est alors son caractère ?

2°) La solution (S) est dosée par une solution aqueuse de soude ; au point d’équivalence le volume de la base versé est Vb=20 mL et le pH en ce point égal à 8,4.

  1. Définir l’équivalence acido-basique.

  2. Quel est l’indicateur qui convient le mieux pour ce dosage ? justifier.

  3. Expliquer comment peut-on déduire que (S) correspond à un acide faible ?

  4. Pour un volume de soude versé égal à 10mL ,le pH vaut 4,8. Quelles sont les propriétés de la solution obtenue.

3°) Afin de déterminer le pH de la solution (S), on la dilue 10 fois , à la solution diluée on ajoute l’hélianthine on observe une coloration rouge.

  1. Etablir l’expression du pH de la solution d’un acide faible en fonction de pKa, et de concentration C de la solution.

  2. Calculer la variation du pH d’une solution d’acide faible lorsqu’elle est diluée 10 fois . En déduire le pH de la solution (S). Calculer la concentration C de la solution (S).

EXERCICE 11 ( Bac 98 )

Toutes les solutions sont prises à 25°C , température à laquelle le produit ionique de l'eau pure est Ke=10-14 .

En dissolvant chacune des trois bases B1 , B2 et B3 dans de l'eau pure , on prépare respectivement trois solutions aqueuses basiques (S1) , (S2) et (S3) de concentrations initiales identiques C1=C2=C3 .

On oublie de coller une étiquette portant le nom de la solution sur chaque flacon . Seule l'une des bases correspond à une base forte ( l'hydroxyde de sodium NaOH ) . Chacune des deux autres étant une base faible .

Pour identifier chaque solution , on mesure son pH et on porte les résultats dans le tableau suivant :





(S1)

(S2)

(S3)

pH

11,1

13

10,6





1°) a) Classer les bases B1 , B2 et B3 par ordre de force croissante ; justifier le choix adopté .

b) En déduire celle des trois bases qui correspond à NaOH ; déterminer la valeur de la concentration de sa solution .

2°) a) Exprimer le pKa d'une solution de base faible B en fonction de son pH , de sa concentration initiale C et du pKe . B est l'une des deux bases faibles utilisées dans l'expérience décrite ci-dessus . On supposera que, suite à la dissolution , la concentration de la base restante est pratiquement égale à C .

b) Calculer le pKa de chacune des deux bases faibles.

c) Identifier chacune des deux bases faibles en utilisant la liste des valeurs de pKa de quelques bases consignées dans le tableau suivant :





Aziridrine

Morphine

Ammoniac

Ephedrine

Ethylamine

pKa

8,01

8,21

9,25

9,96

10,7


EXERCICE 12 ( Bac 2003 )

(S) est une solution d'acide éthanoïque de concentration C ( avec C  10-3 mol.L-1 ) .

L'équation de la réaction relative à la mise en solution de cet acide faible dans l'eau est :
CH3COOH + H2O CH3COO- + H3O+ (1)

1°) Etablir que le pH de la solution (S) , sa concentration C et le pKa du couple CH3COOH / CH3COO- vérifient la relation :

pH = ( pKa − logC ) (2)

On tiendra compte des deux approximations suivantes :

- les ions provenant de l'autoprotolyse de l'eau pure sont négligeables par rapport aux ions provenant de l'acide au cours de sa mise en solution .

- l'acide est faiblement dissocié .
2°) On dispose du matériel et des solutions suivants :

- Des fioles jaugées de 100 mL .

- Des béchers .

- Des pipettes jaugées de 1 mL , 2 mL , 10 mL , 20 mL et une pipette graduée de 5 mL .

- Une solution (SO) d’acide éthanoïque de concentration CO = 5. 10-2 mol.L-1 .

- De l'eau distillée .

- Un pHmètre au 1/10ème .


Solutions

(SO)

(S1)

(S2)

(S3)

(S4)

C ( en mol.L-1 )

5.10-2

10-2

5.10-3

2.10-3

10-3

− log C

1,3

2,0

2,3

2,7

3,0

prélèvement v ( en mL )




2,0

10




2

pH

3,1

3,4

3,6




3,9



On se propose de préparer , à partir de (SO) , quatre solutions (S1) , (S2) , (S3) et (S4) diluées de volume 100 mL chacune . Le tableau suivant donne , entre autres , les valeurs du pH mesuré pour chacune des solutions préparées .

a) Déterminer la valeur du prélèvement v à effectuer à partir de (SO) pour préparer les 100 mL de la solution (S3) . Décrire le mode opératoire permettant d'effectuer cette dilution en choisissant la verrerie la plus adéquate et qui nécessite le minimum d'opérations .

b) Tracer sur un papier millimétré « à remplir par le candidat et à remettre avec la copie », la courbe pH = f(−log C ) en prenant comme échelle:

une unité de pH : 5 cm

une unité de ( −log C ) : 5 cm

Déduire de cette courbe , la valeur du pH de la solution (S3) et celle du pKa .

EXERCICE 9 ( Bac 92 )

On réalise différentes solutions en mélangeant à chaque opération une solution aqueuse S1 d’un acide carboxylique R COOH de volume VA et une solution aqueuse S2 de carboxylate de sodium (RCOONa) de volume VB .

Les concentrations molaires des solutions utilisées pour ces mélanges sont les mêmes pour S1 et S2 et égales à C . Les valeurs du pH de ces solutions pour les couples de valeurs (VA ,VB) sont indiquées dans le tableau suivant :


VB(mL)

10

10

10

10

10

20

30

40

50

VA(mL)

50

40

30

20

10

10

10

10

10

pH

3,1

3,2

3,3

3,5

3,8

4,1

4,3

4,4

4,5

1°) a) Représenter graphiquement pH = f(x) avec x = log  ;

Echelle :

 10cm sur l’axe horizontal correspond à l’unité de x .

 10cm sur l’axe vertical correspond à l’unité de pH .

b) Montrer que pH = f(x) peut se mettre sous la forme pH = a + bx ; a et b étant deux

constantes que l’on déterminera graphiquement .

2°) L’acide R COOH étant supposé faible , montrer que dans le mélange obtenu on a :

= .

3°) a) Etablir l’expression du pH du mélange obtenu en fonction du pKa et du rapport .

b) En déduire le pKa de l’acide .

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