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Comment vérifier la valeur de la concentration de la solution d’acide chlorhydr

Comment vérifier la valeur de la concentration de la solution d’acide chlorhydrique préparée par Martine ? Thème / Sous-thème (pour l’enseignement spécifique) : COMPRENDRE / Structure et transformation de la matière - réaction chimique par échange de proton- AGIR/ Économiser les ressources et respecter / contrôle de qualité par dosage Type de ressources : Documents « papier » –résultats expérimentaux Notions et contenus : Réaction chimique par échange de proton - Le pH : définition, mesure. - Théorie de Brönsted : acides faibles, bases faibles ; notion d’équilibre ; couple acide-base ; constante d’acidité Ka. Échelle des pKa dans l’eau, produit ionique de l’eau ; domaines de prédominance - Réactions quasi-totales en faveur des produits : o acide fort, base forte dans l’eau ; o mélange d’un acide fort et d’une base forte dans l’eau. - Réaction entre un acide fort et une base forte Dosages par titrage direct. - Réaction support de titrage ; caractère quantitatif. - Équivalence dans un titrage ; repérage de l'équivalence par utilisation d’un indicateur de fin de réaction. Compétences exigibles : Reconnaître un acide, une base dans la théorie de Brönsted. Identifier l’espèce prédominante d’un couple acide-base connaissant le pH du milieu et le pKa du couple. Calculer le pH d’une solution aqueuse d’acide fort ou de base forte de concentration usuelle. Pratiquer une démarche expérimentale pour déterminer la concentration d’une espèce chimique par titrage par le suivi d’une grandeur physique et par la visualisation d’un changement de couleur, dans le domaine de la santé, de l’environnement ou du contrôle de la qualité. Compétences transversales : S’APPROPRIER Se mobiliser en cohérence avec les consignes données. Adopter une attitude critique et réfléchie vis-à-vis de l’information disponible. Rechercher, extraire et organiser l’information en lien avec une situation. ANALYSER Proposer et justifier un protocole, identifier les paramètres pertinents Exploiter les informations, observations ou résultats expérimentaux Analyser des résultats de façon critique RÉALISER Suivre un protocole Respecter les règles de sécurité et les consignes Utiliser le matériel de manière adaptée COMMUNIQUER Présentation écrite claire et cohérente. Utiliser le vocabulaire scientifique adapté. Nature de l’activité : DA : réinvestissement des connaissances – mettre en place un protocole de dosage- repérer l’équivalence à l’aide d’un indicateur coloré (critères de choix d’un bon indicateur) Résumé : séquence en deux temps 40 min : S’approprier la situation et réinvestir ces connaissances pour définir l’équivalence et le protocole de dosage 1h 20 : Extraire et trier l’information pour dégager les critères de choix d’un indicateur coloré en relation avec la réaction acide base étudiée. Choix de l’indicateur approprié et validation expérimentale Mots clefs : acide fort-base forte-réaction acide base-équivalence-indicateur coloré-pH-diagramme de prédominance Académie où a été produite la ressource : http://www.pedagogie.ac-nantes.fr Fiche élève : Comment vérifier la valeur de la concentration de la solution d’acide chlorhydrique préparée par Martine ? Une solution d’acide chlorhydrique réagit rapidement et quasi totalement avec une solution d’hydroxyde de sodium selon la réaction : H3O+ (aq) + HO- (aq)  2 H2O(l) On dispose d’une solution d’hydroxyde de sodium de concentration apportée C1 = 0,10 mol.L-1 et de la solution d’acide chlorhydrique préparée par Martine de concentration C2= 0,10 mol.L-1. 1. Un mélange particulier ! Étude de 5 mélanges Mélange n°1 Mélange n°2 Mélange n°3 Mélange n°4 Mélange n°5 V1 mL de solution d’hydroxyde de sodium V1= 5,0 mL V1= 9,9 mL V1= 10,0 mL V1= 10,2 mL V1= 11,0 mL V2 mL de solution d’acide chlorhydrique V2= 10,0 mL V2= 10,0 mL V2= 10,0 mL V2= 10,0 mL V2= 10,0 mL pH 3,3 11,7 En vous aidant d’un tableau d’avancement, déterminez et justifiez la valeur du pH dans l’état final, pour chaque situation. Quelle situation peut permettre d’avoir une relation entre les quantités de réactif ayant réagi ? Argumenter. Quel dispositif expérimental et quel protocole suivre pour réaliser le titrage de l’acide chlorhydrique par une solution d’hydroxyde de sodium ? À quelle condition pourra-t-on déterminer la concentration recherchée ? Données : Ke=[ H3O+ ][ HO-]= 10-14 à 25 °C couples de l’eau : H3O+/H2O et H2O/HO- Un titrage est une méthode de détermination d’une quantité de matière ou d’une concentration inconnue qui met en jeu une réaction chimique appelée réaction support du titrage. Cette réaction doit être totale, rapide et unique. Un titrage nécessite :  Une solution à titrer qui contient le réactif dont la concentration est à déterminer,  Une solution titrante qui contient le réactif de concentration connue. Dispositif : Synthèse : 2. Quel indicateur pour repérer l’équivalence du titrage à la goutte près ? Dégager les critères de choix d’un bon indicateur pour repérer l’équivalence d’un titrage acido-basique. Vous représenterez le diagramme de prédominance des trois indicateurs cités en précisant leur zone de virage. Vous argumenterez votre choix en vous appuyant sur les résultats précédents. Validez expérimentalement votre choix ! Pour un couple HA/A- La constante d’acidité d’un couple acide/base est définie par l’expression : KA      éq éq 3 éq AH O H A    . Cette constante caractérise le couple à une température donnée. On peut montrer, à partir de la relations ci-dessus que :    éq éq A AH A log pK pH    . Titrage de 10 mL de solution d’acide chlorhydrique préparée par Martine par une solution de soude à 0,1 mol.L-1. Lors d’un titrage colorimétrique on ajoute deux ou trois gouttes d’indicateur dans la prise d’essai. Dans ces conditions, on admet que l’ajout d’indicateur ne modifie pas le pH. On réalise un premier titrage rapide (tous les mL) pour repérer grossièrement l’équivalence puis un deuxième à la goutte près ! On admet que si la concentration d’une des espèces du couple HInd/Ind- est au moins 10 fois supérieure à celle de l’autre, la couleur de la solution perçue est due à cette unique espèce. Sinon, la couleur perçue est obtenue par synthèse soustractive des couleurs des deux espèces en solution. L’hélianthine dont la forme acide est rouge et la forme basique jaune a une zone de virage comprise entre 3,1 et 4,4. La phénolphtaléine a un pKa = 9,4 sa forme acide est incolore et sa forme basique fuchsia Diagramme de distribution du bleu de bromothymol, BBT. Ce diagramme donne les pourcentages de l’acide HInd (jaune) et de la base conjuguée Ind- (bleu) de l’indicateur en fonction du pH. 3. Déterminer la concentration de la solution préparée par Martine ! Complément partie 1 : Situation : Équation de la réaction H3O+ (aq) + HO- (aq)  2 H2O(l) États du système avancement n (H3O+ ) n (HO-) n (H2O) Initial 0 Intermédiaire x Final xf Situation : Équation de la réaction H3O+ (aq) + HO- (aq)  2 H2O(l) États du système avancement n (H3O+ ) n (HO-) n (H2O) Initial 0 Intermédiaire x Final xf Situation : Équation de la réaction H3O+ (aq) + HO- (aq)  2 H2O(l) États du système avancement n (H3O+ ) n (HO-) n (H2O) Initial 0 Intermédiaire x Final xf Situation : Équation de la réaction H3O+ (aq) + HO- (aq)  2 H2O(l) États du système avancement n (H3O+ ) n (HO-) n (H2O) Initial 0 Intermédiaire x Final xf FICHE PROFESSEUR : Première partie : Démarche et connaissances à mobiliser  «  » la réaction est totale  Déterminer les quantités de matière initiale d’ions H3O+ et HO- : savoir exprimer une quantité de matière n=CV  Dresser un tableau d’avancement pour déterminer l’état final  Déterminer la concentration d’une espèce : attention à la dilution !  Déterminer la valeur du pH à partir de la concentration en ions H 3O+ ou HO- , savoir utiliser le produit ionique de l’eau  Solution neutre pH=7  Interpréter l’évolution du pH : réactif limitant, réactif en excès, brusque variation du pH autour du mélange n°3 ! Étude de 5 mélanges Mélange n°1 Mélange n°2 Mélange n°3 Mélange n°4 Mélange n°5 V1 mL de solution d’hydroxyde de sodium V1= 5,0 mL V1= 9,9 mL V1= 10,0 mL V1= 10,2 mL V1= 11,0 mL V2 mL de solution d’acide chlorhydrique V2= 10,0 mL V2= 10,0 mL V2= 10,0 mL V2= 10,0 mL V2= 10,0 mL pH 1,7 3,3 7 11 11,7 Réactif limitant (complété lors de la synthèse) H3O+ H3O+ HO- et H3O+ HO- HO-  Solution à titrer dans le bécher : acide chlorhydrique  Solution titrante dans la burette graduée : solution d’hydroxyde de sodium de concentration connue  Les réactifs réagissent mol à mol dans le mélange n° 3, on a autant de quantité de matière n(H3O+)0 que de quantité de matière n(HO-)0, les deux réactifs sont totalement consommés. Synthèse : mise en commun, on complète alors la dernière ligne du tableau et on définit l’équivalence. Description du protocole de titrage. Deuxième partie : Pb comment repérer l’équivalence ?  À partir de l’étude des documents choisir un indicateur qui permettra de repérer l’équivalence, ici à pH=7.  Savoir établir un diagramme de prédominance pour un couple A/B  Déterminer la zone de virage d’un indicateur uploads/Finance/ reaction-ab-indicateur-dosage.pdf