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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