Aurélie déc 2001

détermination expérimentale d'un pKa

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Determination du pKa du couple acide éthanoique/ion éthanoate :

On mesure le pH de solutions contenant ces deux espèces chimiques. On donne :

- une solution S1 d'éthanoate de sodium, de concentration molaire volumique C1 = 0,1 mol.L-1,

- une solution S2 d'acide éthanoique, de concentration molaire volumique C2 = 0,1 mol.L-1

On dispose du matériel suivant : verrerie : 1 bécher de 50 mL, 1 bécher de 100 mL, 1 pipette jaugée de 10 mL, 1 pipette jaugée de 20 mL ,1 burette de 50 mL, graduée en mL,

un pH-mètre préalablement étalonné, un agitateur magnétique, un support de burette.

1)Frabication des mélanges :

Le tableau 1 ci-dessous indique quels mélanges on devra préparer :
mélange
M1
M2
M3
M4
M5
volume V1 (mL) de S1
4
10
20
30
40
volume V2 (mL) de S2
40
40
40
40
40
Dans un même bécher, on veut obtenir successivement les différents mélanges du tableau 1. Lorsque l'un des mélanges est réalisé, on mesure son pH et on fabrique le mélange suivant. On souhaite utiliser le moins possible de solution et réduire les opérations de prélèvement. Expliquer comment procéder en précisant le choix de la verrerie utilisée.

2)Les mesures du pH :

On admettra que les proportions de S1 et S2 sont telles que pour chaque mélange :

[CH3COO -] / [CH3COOH] = V1/V2.

Avec le pH-mètre on effectue les mesures de pH pour les mélanges du tableau 1 et pour quatre autres mélanges supplémentaires M6 , M7 , M8, M9. Compléter le tableau 2 :
mélange
M1
M2
M3
M4
M5
M6
M7
M8
M9
volume V1 (mL) de S1
4
10
20
30
40
40
40
40
40
volume V2 (mL) de S2
40
40
40
40
40
30
20
10
4
pH
3,6
4
4,3
4,5
4,6
4,7
4,9
5,2
5,6
V1/V2.









log(V1/V2)









- Tracer la courbe représentant : pH = f( log (V1/V2) ) , soit pH = f ( log [CH3COO -] / [CH3COOH] )

échelles : en abscisses : 10 cm pour 1 ; en ordonnées : 2 cm pour 1

3) Exploitation des résultats :

- Quelle est l'allure de la courbe tracée ?

- En déduire la relation entre pH et log [CH3COO -] / [CH3COOH]

- Ecrire l'équation-bilan représentant la réaction de l'acide éthanoique avec l'eau

- Donner la relation définissant la constante d'acidité Ka du couple CH3COOH / CH3COO - .

- En déduire la relation entre le pH d'une solution contenant à la fois l'acide éthanoique et des ions éthanoate et le pKa du couple.

- Déduire des questions précédentes la valeur approchée du pka du couple CH3COOH / CH3COO -que ces mesures permettent d'obtenir. 


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corrigé


on ajoute à la burette de 50 mL successivement les volumes de S1.

mélange
M1
M2
M3
M4
M5
M6
M7
M8
M9
volume V1 (mL) de S1
4
10
20
30
40
40
40
40
40
volume V2 (mL) de S2
40
40
40
40
40
30
20
10
4
pH
3,6
4
4,3
4,5
4,6
4,7
4,9
5,2
5,6
V1/V2.
0,1
0,4
0,5
0,75
1
1,33
1,5
4
10
log(V1/V2)
-1
-0,4
-0,3
-0,12
0
0,12
0,17
0,6
1

la courbe est une droite :

- dont le coefficient directeur est égal à 1

- dont l'ordonnée à l'origine est égale au pKa du couple acide / base étudié soit pKa voisin de 4,6.

équation de la droite

pH = pKa + log ([CH3COO-]/[CH3COOH])

CH3COOH + H2O équilibre avec CH3COO- + H3O+.

on retrouve l'équation de la droite.

calcul du pKa à partir du tableau :

pH
3,6
4
4,3
4,5
4,6
4,7
4,9
5,2
5,6
V1/V2.
0,1
0,4
0,5
0,75
1
1,33
1,5
4
10
log(V1/V2)
-1
-0,4
-0,3
-0,12
0
0,12
0,17
0,6
1
pKa = pH-log(V1/V2)
4,6
4,4
4,6
4,62
4,6
4,58
4,73
4,6
4,6
valeur moyenne : pka = 4,6.

 

 



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