Identifier un acide carboxylique bac S Antilles 09/08.

On dispose au laboratoire d'un flacon contenant une solution aqueuse d'acide carboxylique, de nature et de concentration inconnues. L'aide carboxylique est noté R-COOH avec R représentant un atome d'hydrogène ou un groupe d'atomes. On se propose de déterminer sa concentration par titrage puis de l'identifier. Titrage de l'acide carboxylique. On titre un volume Va= 50,0 mL d'acide carboxylique de concentration molaire C par une solution aqueuse Sb d'hydroxyde de sodium ( Na+ (aq) + HO- (aq)) de concentration molaire Cb= 2,5 10-2 mol/L. On note Vb le volume de solution d'hydroxyde de sodium versé. Le suivi pH-métrique du titrage donne la courbe suivante. Faire un schéma légendé du dispositif expérimental utilisé. Ecrire l'équation de la réaction du titrage. Les couples acide / base sont : R-COOH (aq) / R-COO-(aq) et H2O / HO-(aq). R-COOH (aq) + HO-(aq) =R-COO-(aq) + H2O. Etablir le tableau d'avancement en utilisant les grandeurs C, Va, Cb et Vb. avancement (mol) R-COOH (aq) + HO-(aq) =R-COO-(aq) + H2O initial 0 CVa CbVb 0 solvant en large excès en cours x CVa-x CbVb-x x fin ( équivalence) xéq CVa-xéq =0 CbVb-xéq =0 xéq Définir l'équivalence du titrage. A l'équivalence les quantités de matière des réactifs mis en présence sont en proportions stoechiomètriques. Avant l'équivalence l'acide carboxylique est en excès ; après l'équivalence l'hydroxyde de sodium est en excès. iner graphiquement le volume VBE à l'équivalence et en déduire la valeur de la concentration molaire C de l'acide.   A l'équivalence C Va = CbVb. C = CbVb Va = 2,5 10-2 *10 50 = 5,0 10-3 mol/L Identification de l'acide. L'équation de la mise en solution de l'acide carboxylique dans l'eau est : RCOOH (l) + H2O(l) = RCOO-(aq) + H3O+(aq). Donner l'expression de la constante d'acidité Ka du couple RCOOH(aq) / RCOO-(aq). Ka = [ RCOO-(aq)] [ H3O+(aq)] [RCOOH (aq)] Montrer qu'à partir de l'expression de Ka, on peut écrire : pH = pKa + log [ RCOO-(aq)] [RCOOH (aq)] [ H3O+(aq)] = Ka [RCOOH (aq)] [ RCOO-(aq)] log [ H3O+(aq)] = log Ka + log [RCOOH (aq)] [ RCOO-(aq)] - log [ H3O+(aq)] = - log Ka + log [ RCOO-(aq)] [RCOOH (aq)] pH =pKa + log [ RCOO-(aq)] [RCOOH (aq)] Quel est le réactif limitant lorsqu'on a versé un volume de solution Sb égal à ½VBE ? Avant l'équivalence l'hydroxyde de sodium est en défaut et constitue le réactif limitant. En utilisant le tableau d'avancement montrer que pour Vb = ½VBE on a xf = ½CbVBE . avancement (mol) R-COOH (aq) + HO-(aq) =R-COO-(aq) + H2O initial 0 CVa CbVb 0 solvant en large excès en cours x CVa-x CbVb-x x fin xf CVa-xf CbVb-xf =0 xf CbVb-xf =0 donne xf = CbVb avec Vb = ½VBE d'où : xf =½ CbVBE. Montrer que pour Vb = ½VBE on a [RCOOH (aq)]½éq = [ RCOO-(aq)]½éq. A l'équivalence : C Va = CbVBE soit CVa-xf = CbVBE -xf avancement (mol) R-COOH (aq) + HO-(aq) =R-COO-(aq) + H2O initial 0 CVa CbVb 0 solvant en large excès en cours x CVa-x CbVb-x x fin xf CVa-xf =CbVBE -xf = CbVBE -½CbVBE =½ CbVBE CbVb-xf =0   xf =½ CbVBE  Les quantités de matière d'acide carboxylique et d'ion carboxylate étant égales : [RCOOH (aq)]½éq = [ RCOO-(aq)]½éq. Déduire l'expression du pH pour Vb = ½VBE. pH =pKa + log [ RCOO-(aq)]½éq [RCOOH (aq)]½éq = pKa + log 1 ; pH =pKa En utilisant la courbe de titrage et les données ci-dessous identifier l'acide carboxylique. Couple acide / base pKa HCl2C-COOH /HCl2C-COO- 1,3 ClH2C-COOH /ClH2C-COO- 2,9 HCOOH / HCOO- 3,8 H3C-COOH /H3C-COO- 4,8 On identifie l'acide éthanoïque H3C-COOH.

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