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Lycée Majel Bel Abbes cours chimie 4Tech 2013/2014 Prof : Bouazizi jilani 1 RAP

Lycée Majel Bel Abbes cours chimie 4Tech 2013/2014 Prof : Bouazizi jilani 1 RAPPELS DE CHIMIE ANALYTIQUE LA CHIMIE EN SOLUTION AQUEUSE Dans ce document, on trouvera :  Un avant – propos indiquant l’objectif due ce module de chimie analytique, dans la formation d’ingénier agronome  Un découpage du module par séance (au nombre de 3)  Un plan de chaque séance  Le chapitre sur « les réactions acido-basiques » traité Avant propos L’objectif de ce module de chimie est de fournir les bases nécessaires à la compréhension des réactions en solution aqueuse, en mettant l’accent en particulier sur les réactions acido- basiques et les réactions d’oxydo-réduction. Il s’inscrit dans le domaine de la « chimie analytique », discipline se situant à la base de tout domaine faisant intervenir des analyses qualitatives et/ou quantitatives. Les connaissances et les outils acquis au cours de cet enseignement seront utilisés dans un grand nombre de domaines comme la microbiologie, la biochimie, l’enzymologie, la toxicologie et de la sécurité alimentaire, la biologie et bien entendu la chimie. Ce module doit permettre aux étudiants d’acquérir les connaissances nécessaires à la culture scientifique du futur ingénieur agronome. SEANCE 1 Dans la séance 1, sont présentées quelques caractéristiques sur les solutions aqueuses (concentration, calcul de dilution,..). Les équilibres chimiques sont abordés, notamment les équilibres acido-basiques. Les forces des acides et des bases sont également étudiées. Il est très important de pouvoir « prédire » le type de réaction qui peut avoir lieu dans un milieu particulier. Pré requis : L'ion hydronium ou proton, noté H3O+ n’existe qu’en solution aqueuse. Il correspond à une molécule d’eau qui capte un noyau d'hydrogène dont la charge positive est alors répartie sur les trois atomes d'hydrogène. Dès qu'une possibilité de réaction se présente l'édifice ainsi constitué se détruit, en libérant H+ et la molécule d'eau. L'espèce réagissante reste l'ion H+ , il n'y a donc aucun inconvénient à le noter ainsi. Cet ion est échangé au cours des réactions acido-basiques. Une mole d’électron est une particule subatomique portant une charge électrique fondamentale négative égale à -1,6 × 10-19 coulomb. L'électron fait partie de la famille des leptons, particule élémentaire sensible qu’à l’électromagnétisme et à la gravitation. L’électron est de ce fait considéré, en l'état actuel des connaissances, comme étant une particule fondamentale (c'est-à-dire qu'il ne peut pas être brisé en de plus petites particules). Cette particule est échangée au cours des réactions d’oxydo-réduction Un monoacide libère un proton (exemple : HCl) et une monobase capte un proton (exemple : OH- Un diacide (exemple : H ) 2SO4) ou un triacide (exemple : H3PO4 Une dibase (exemple : SO ) libère deux ou trois protons. 4 2-) ou une tribase (exemple : PO4 3-) capte deux ou trois protons. Lycée Majel Bel Abbes cours chimie 4Tech 2013/2014 Prof : Bouazizi jilani 2 Une oxydation est une perte d’électrons et une réduction est un gain d’électron Une réaction est dite quantitative quand 100% des réactifs ont été transformés. Il n’y a pas formation d’un équilibre entre les réactifs et les produits. Plan Séance 1 : I- GENERALITES SUR LES SOLUTIONS I-1 QUELQUES DEFINITIONS I-2 LA CONCENTRATION I-3 NOTIONS DE NORMALITE I-4 I-5- L ’EQUILIBRE CHIMIQUE RELATION ENTRE NORMALITE ET CONCENTRATION I-6- LA CONSTANTE D ’EQUILIBRE K I-7 PRINCIPE DE LE CHATELIER II- LES REACTIONS ACIDO-BASIQUES II-1- EQUILIBRES ACIDO-BASIQUES EN MILIEU AQUEUX II-1-1 Définitions II-1-2 Notion d’ampholyte II-1-3 Force des acides et des bases II-1-4 Prévisions des réactions acido-basiques : II- 1- 5 Acides forts et bases fortes SEANCE 2 est important de savoir maîtriser les paramètres expérimentaux (température, pH…) pour une réaction chimique se déroulant dans des conditions particulières. C’est le cas pour les réactions enzymatiques, les réactions de dégradation comme des réactions d’hydrolyse, d’oxydation ou de réduction, étudiées dans des domaines particuliers comme ceux de l’agroalimentaire, de la toxicologie….. Nous allons illustrer ces propos par trois exemples précis, dans lesquels le pH et certains couples rédox interviennent : i) Lors de l’étude du métabolisme de xénobiotiques, chez les végétaux comme chez les animaux, des réactions ont lieu comme des réactions d’oxydation, de réduction et/ou d’hydrolyse (dites de phase I) et des réactions de conjugaison (dites de phase II). Ces types de réaction se produisent dans des conditions particulières (par exemple à des valeurs de pH spécifiques). ii) Dans le domaine de l’agroalimentaire, les réactions d’oxydo-réduction sont très étudiées, afin d’empêcher l’oxydation de certains aliments à l’aide d’antioxydants (conservateurs), … ou au contraire afin de suivre l’oxydation éventuelle de molécules présentes dans certaines matrices alimentaires, conduisant à des composés parfois indésirables, d’un point de vue organoleptique, par exemple. iii) Un lien peut être facilement établi entre l’aliment et la santé. En effet, il est très courant dans le domaine de la santé, de mesurer la réserve « antioxydante » de certains aliments, comme le soja, … bien connu pour apporter un bénéfice à la santé des consommateurs afin de lutter par exemple contre le « stress oxydant », auquel l’homme contemporain est soumis dans son quotidien. Lycée Majel Bel Abbes cours chimie 4Tech 2013/2014 Prof : Bouazizi jilani 3 Plan Séance 2 : II- LES REACTIONS ACIDO-BASIQUES II-2 pH ET ACIDITE DES SOLUTIONS II-2-2 Les solutions de bases II-2-3 Les solutions « Tampon » II-3 RECAPITULATIF DES CALCULS DU pH III- LES REACTIONS D’OXYDO-REDUCTION III-1 Les équilibres Redox III-2 Notion de force des oxydants et des réducteurs III-3 le potentiel d’oxydo-réduction ou potentiel rédox III-4 Le potentiel normal apparent III-5 Les prévisions des réactions d’oxydo-réduction III- 6 Comparaison entre les réactions d’oxydo-réduction et les réactions acido-basiques III-7 Equilibrage des réactions d’oxydo-réduction III-7 Calcul du nombre d’oxydation III-8 Les titrages Rédox IV- NOTIONS SUR L’ELECTROLYSE IV-1 Les électrolytes IV-2 Mécanisme de l’électrolyse SEANCE 3 La titrimétrie permet de déterminer les titres de solutions dont la concentration est inconnue. Il est, en effet, tout à fait possible de faire de la «quantification» avec des méthodes qui mesurent un paramètre « physico-chimique » du milieu, comme le pH (pHmétrie) ou encore le potentiel (potentiométrie). Il en existe beaucoup d’autres, mais seuls deux types de dosages titrimétriques seront abordés dans cette séance. Plan Séance 3 : IV- LES METHODES D’ANALYSE PAR TITRIMETRIE IV-1 DEFINITIONS IV-2 LES TITRAGES ACIDO-BASIQUES IV-2-2 Indicateur coloré de pH IV-2-3 Réaction de dissociation d’un acide et avancement d’une réaction IV-2-3 Dosage d’un acide fort par une base forte IV-2-4 Les Tampons IV-2-5 Dosage d’un acide faible par une base forte IV-2-6 APPLICATION : Dosage d’un diacide par une base forte IV-3 LES TITRAGES D’OXYDO-REDUCTION Lycée Majel Bel Abbes cours chimie 4Tech 2013/2014 Prof : Bouazizi jilani 4 CHAPITRE SUR LES REACTIONS ACIDO-BASIQUES II- LES REACTIONS ACIDO-BASIQUES II-2 pH ET ACIDITE DES SOLUTIONS Nous allons dans ce paragraphe établir le lien entre le pH et l’acidité ou la basicité d’une solution · Une solution aqueuse est dite « neutre » si elle contient autant d’ions hydronium H3O+ que d’ions hydroxyde OH– · Une solution est dite « acide » si elle contient plus d’ions H . 3O+ que d’ions OH · Une solution est dite « basique » si elle contient plus d’ions OH - - que d’ions H3O · A 25 °C, une solution aqueuse est acide si pH < 7, neutre si pH = 7, basique si pH > 7 : + Soit l’équilibre d’hydrolyse : AH + H2O A- + H3O+ d’un couple acido-basique AH / A - D’après l’expression de Ka, [H3O+] = Ka [AH] / [A-] sachant que pH = -log [H3O+ ] A savoir : pH = pKa + log [A- ] / [AH] (Equation 1 : Eq.1) Important : Pour les raisonnements utilisés dans les réactions acido-basiques, il est important de poser un certain nombre d’équations et de faire des approximations de façon à pouvoir résoudre les exercices. Ces équations portent des noms particuliers. Il s’agit : - de la loi d’action de masse, correspondant à l’expression de K, constante d’équilibre - du produit ionique de l’eau ou autoprotolyse de l’eau : Ke - de l’électroneutralité : dans cette équation, on écrit l’égalité suivante : la somme des concentrations des espèces chargées positivement est égale à la somme des concentrations des espèces chargées négativement. - de la conservation de la matière : dans cette équation, on écrit que la concentration initiale d’un composé est égale à la somme des concentrations de ce composé et de son conjugué, formé au cours de la réaction considérée. Lycée Majel Bel Abbes cours chimie 4Tech 2013/2014 Prof : Bouazizi jilani 5 II-2-1 les solutions acides Soit la réaction acido-basique : AH + H2O A- + H3O + Les deux couples acido-basiques mis en jeu sont AH / A- et H3O+ / H2 O. Il s’agit en fait d’une réaction d’hydrolyse. La réaction acido-basique se produisant en solution aqueuse coexiste à tout instant avec l’équilibre de dissociation de l’eau : H2O + H2O HO- + H3O + Un inventaire rapide nous indique que 5 espèces sont présentes en solution : A, H2O, B, OH- et H3O+ . Les concentrations de uploads/Finance/ cours-chimie-la-chimie-en-solutions-aqueuses-bac-technique-2013-2014-mr-bouazizi-jilani.pdf