Aurélie 05/06
dosage de l'acide méthanoïque d'après concours ESSA 2001

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dosage de l'acide méthanoïque ( 9 pts)

Masse molaire M(HCOOH) = 46,0 g/mol ; pKa( HCOOH / HCOO-) = 3,8 à 25°C.

Une solution commerciale S d'acide méthanoïque porte les indications suivantes : masse volumique m ; pourcentage massique en acide : p%.

  1. Etablir la relation littérale permettant de calculer, à partir des données et des indications portées sur le flacon, la concentration molaire volumique C de la solution S. Préciser les unités des grandeurs utilisées.
  2. On prélève un volume V= 50 mL de la solution S et on ajoute la quantité nécessaire d'eau distillée afin de préparer un volume V1= 500 mL de solution S1 de concentration C1.
    - Nommer la verrerie utilisée pour prélever le volume V de solution S et pour préparer la solution S1.
    - Etablir la relation liant les concentrations C et C1.
  3. On dose un volume V2 = 10,0 mL de la solution S1 par une solution aqueuse S0 d'hydroxyde de sodium de concentration C0 = 1,00 10-1 mol/L en présence d'un indicateur convenable. Le virage de l'indicateur a lieu pour un volume Véq = 24,4 mL de solution S0 versée.
    - Nommer la verrerie utilisée pour déterminer le volume Véq.
    - Placer sur une échelle des pKa, les couples mis en jeu lors du mélange des solutions S et S0 et y encadrer les espèces majoritaires présentes, avant toute réaction.
    - En déduire la réaction prépondérante et écrire son équation-bilan.
    - Calculer la constante K1 de cette réaction et montrer que celle ci est totale.
    - Déterminer la valeur de C1 et en déduire C.
  4. Etude du mélange réactionnel après l'équivalence :
    - Sur une nouvelle échelle des pKa, encadrer les espèces majoritaires présentes dans le mélange réactionnel obtenu à l'équivalence.
    - En déduire la réaction prépondérante à l'équivalence et écrire son équation-bilan.
    - Calculer la constante d'équilibre K2 de cette réaction et conclure quant à son avancement.
    - En déduire le caractère acide, neutre ou basique du mélange réactionnel à l'équivalence.
    - Parmi les indicateurs colorés suivants, lequel a-t-on utilisé. Justifier.
    hélianthine [3,1 ; 4,4] ; rouge de méthyle [4,2 ; 6,2 ] ; phénolphtaléine [8,2 ; 10,0]

corrigé
concentration molaire volumique C de la solution S : masse volumique m en g/mL

masse de 1 L de solution S : 1000 m g ; masse d'acide pur dans 1 L : 1000 m p/100 = 10m p g

Qté de matière d'acide dans 1 L : masse (g) / Masse molaire (g/mol) = 10m p / M(HCOOH) mol dans 1 L

verrerie utilisée pour prélever le volume V de solution S et pour préparer la solution S1 : pipette (+ pipeteur) de 50 mL

relation liant les concentrations C et C1 : facteur de dilution F =V1/V = 500 / 50 = 10

de plus F= C/C1 = 10 d'où C= 10 C1.

verrerie utilisée pour déterminer le volume Véq : burette graduée

couples mis en jeu lors du mélange des solutions S et S0 par ordre de pKa décroissant : espèce majoritaires écrites en rouge avanr toute réaction
pKa = 14
H2O
HO-
pKa = 3,8
HCOOH
HCOO-
pKa = 0
H3O+
H2O
réaction prépondérante entre l'acide le plus fort ( HCOOH) et la base la plus forte (HO-)et son équation-bilan :

HCOOH + HO- --> HCOO- + H2O

constante K1 de cette réaction : K1 = [HCOO-] / ([HCOOH][HO-])

or Ka = [HCOO-][H3O+]/[HCOOH] soit [HCOO-] / [HCOOH] = Ka /[H3O+]

d'où : K1 = Ka /([H3O+][HO-])=Ka /Ke = 10-3,8 / 10-14 = 1010,2, valeur grande donc réaction totale.

valeur de C1 : à l'équivalence V2C1=Véq C0 soit C1=Véq C0 / V2=24,4*0,1/10 = 0,244 mol/L

Or C = 10 C1 = 2,44 mol/L.

espèces majoritaires présentes dans le mélange réactionnel obtenu à l'équivalence :

pKa = 14
H2O
HO-
pKa = 3,8
HCOOH
HCOO-
pKa = 0
H3O+
H2O
réaction prépondérante entre l'acide le plus fort ( H2O) et la base la plus forte (HCOO-)et son équation-bilan :

HCOO- + H2O = HCOOH + HO- constante K2 = [HCOOH][ HO-]/[HCOO-] =1/K1 = 10-10,2 , valeur très faible, réaction très limitée.

Le mélange réactionnel à l'équivalence contient la base [HCOO- : le pH est supérieur à 7 , milieu basique.

La zone de virage de l'indicateur coloré doit contenir le pH du point équivalent, d'où le choix de la phénolphtaléine.
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