Aurélie 25/08/08
 

 

Chimie bac STL biologie, génie biologique 2008.

déterminer la constante d'acidité du couple acide éthanoïque / ion éthanoate par deux méthodes différentes.


. .


pKa du couple de l'acide éthanoïque CH3COOH

On souhaite déterminer la constante d'acidité du couple acide éthanoïque / ion éthanoate par deux méthodes différentes.

Détermination du pKa par mesures ponctuelles de pH.

Ecrire l'équation de la réaction de l'acide éthanoïque avec l'eau.

Les couples acide / base mis en présence sont : CH3COOH / CH3COO- et H3O+ / H2O.

CH3COOH + H2O = CH3COO- + H3O+.

Donner l'expression de la constante d'acidité Ka associée.


On souhaite vérifier expérimentalement la relation :

(2)


Pour cela on mesure le pH d'une série de mélanges, préparés à partir d'un volume VA d'une solution A d'acide éthanoïque de concentration CA = 1,0 10-1 mol/L et d'un volume VB d'une solution B d'éthanoate de sodium de concentration CB= 1,0 10-1 mol/L.

Dans les conditions expérimentales choisies, on considère que la réaction est très peu avancée et donc que les quantités initiales ni(CH3COOH) et ni(CH3COO-) des espèces apportées sont celles à l'équilibre après mélange. Les résultats sont consignés dans le tableau ci-dessous :
Mélange
n°1
n°2
n°3
n°4
n°5
VA(mL)
10
10
10
20
30
VB(mL)
10
20
30
10
10
VA+VB (mL)
20
30
40
30
40
log ( [CH3COO-] /[CH3COOH])
0,00
0,30
0,48

-0,48
pH mesuré
4,65
4,95
5,12
4,35
4,18

Faire le bilan des espèces chimiques présentes dans les mélanges.

La solution d'acide éthanoïque, peu dissocié, apporte majoritairement des molécules CH3COOH, l'ion CH3COO- restant minoritaire.

La solution d'éthanoate de sodium, entièrement dissociée, apporte des ions éthanoate CH3COO- et des ions sodium Na+.

Chaque mélange contient donc : CH3COOH, CH3COO-, Na+, H2O et H3O+. A pH < 7, l'ion hydroxyde HO- est minoritaire.

Calculer dans le cas du mélange n°4 la valeur des grandeurs suivantes :

[CH3COOH]i, [CH3COO-]i, le rapport des concentrations à l'équilibre [CH3COO-] / [CH3COOH].

[CH3COOH]i = ni(CH3COOH) / (VA+VB)

avec ni(CH3COOH) = CAVA = 0,1 *20 10-3 = 2,0 10-3 mol et VA+VB = 30 10-3 L

[CH3COOH]i =2,0 10-3 / 30 10-3 =2,0/30 =6,7 10-2 mol/L.

[CH3COO-]=ni(CH3COO-) / (VA+VB) = CBVB / (VA+VB)

[CH3COO-]= 0,1 *10 10-3 /30 10-3 =1/30 =3,3 10-2 mol/L.

On considère que la réaction est très peu avancée et donc que les quantités initiales ni(CH3COOH) et ni(CH3COO-) des espèces apportées sont celles à l'équilibre après mélange.

[CH3COO-] / [CH3COOH]= 3,3 10-2 / 6,7 10-2 = 0,50.

En déduire la valeur manquante dans le tableau.

log [CH3COO-] / [CH3COOH] = log 0,50 = -0,30.

Construire le graphe donnant l'évolution du pH en fonction de log [CH3COO-] / [CH3COOH] .

Ce graphe est-il compatible avec la relation (2) donnée ci-dessus.

En déduire la valeur du pKa du couple étudié.

est du type y = a+x avec a, une constante.

Le graphe est une droite de pente égale à 1 et d'ordonnée à l'origine a=pKa: il est compatible avec la relation (2).




Utilisation d'une courbe de titrage.

La courbe obtenue lors du titrage de la solution d'acide éthanoïque par une solution d'hydroxyde de sodium ( soude) est donnée ci-dessous. On appelle VE le volume de solution d'hydroxyde de sodium versé à l'équivalence.

Ecrire l'équation de la réaction de titrage.

Les couples acide / base mise en présence sont : CH3COOH / CH3COO- et H2O / HO- .

CH3COOH + HO- = CH3COO- + H2O.

Déterminer graphiquement la valeur du volume VE de solution de soude versé à l'équivalence.

Quelle proportion d'acide éthanoïque est dosé à la demi-équivalence ?

On note ni la quantité de matière (mole) d'acide éthanoïque initial.

A la demi équivalence la moitié de l'acide éthanoïque initial est dosé : il reste ½ ni mole d'acide éthanoïque et il s'est formé ½ ni mole d'ion éthanoate.

En déduire la relation entre pH et pKa à la demi équivalence.

En conséquence log [CH3COOH ]/[CH3COO-] = log 1 = 0 et la relation (2) donne pH=pKa.




Déterminer graphiquement la valeur du pKa et comparer avec la valeur obtenue ci-dessus.

valeur moyenne des deux déterminations : (4,8+4,65) /2 = 4,72

écart relatif entre les deux valeurs : (4,8-4,65) *100 / 4,72 =3,2 %.

A 3,2 % près les valeurs sont identiques.



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