Aurélie janvier 2001


devoirs en terminale S

acide benzoïque - ion benzoate

 

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1

benzoate de sodium

 

Un bécher contient V = 100 cm3de solution de benzoate de sodium de concentration c = 0,01 mol L-1. (solution notée S2).On mesure le pH et on trouve pH = 8,1.

  1. Écrire l’équation bilan qui traduirait la dissolution totale du benzoate de sodium dans l’eau ( le benzoate de sodium pur, de formule C6 H5 COONa, se présente sous forme de cristaux blancs).
  2. Pourquoi la mesure du pH permet-elle d’affirmer que l’ion benzoate est une base faible dans l’eau ? Justifier.
  3. Écrire l’équation bilan de la réaction de l’ion benzoate avec l’eau. Exprimer la constante K de cette réaction et en déterminer un ordre de grandeur.
  4. On ajoute à cette solution un volume V’ = 5,0 cm3 de solution d’acide chlorhydrique de concentration c’ =0,01 mol L-1. Le pH vaut alors 5,5. En déduire quelle est l’espèce du couple acide benzoïque / ion benzoate (pKa =4,2) qui prédomine.

corrigé


L’équation bilan de la réaction de dissolution dans l’eau du benzoate de sodium s’écrit :

C6 H5 COONa(s) donne Na + + C6 H5 COO - .

Le pH d’une solution est défini par pH = -log [ H3 O +].

Le pH mesuré est >7, la solution est donc basique. C’est l’ion benzoate C6 H5 COO - qui a un caractère basique.

Dans le ca d'une base forte (réaction totale avec l’eau) de concentration c = 0,01mol.L -1 , le pH vérifierait la relation pH = 14 + lg c ( relation valable pour des

concentrations comprises entre 10 -5 et 10 -2 mol.L -1 ) soit pH= 12.

la mesure indique pH = 8,1 : l’ion benzoate est une base faible ; la réaction avec l’eau n’est pas

totale elle est limitée ce qui se traduit par l’équilibre chimique suivant :

pH = 5,5 si pH> pKa la base conjuguée prédomine

ici pKa = 4,2 donc c’est l’espèce ion benzoate C6 H5 COO - qui prédomine à pH=5,5

2

acide benzoïque

On mesure le pH d'une solution S1 d'acide benzoïque de concentration c1 =0,01 mol.L -1 . Le pH-mètre indique 3,1.

  1. Pourquoi cette mesure permet-elle d'affirmer que l'acide benzoïque est un acide faible dans l'eau ? Justifier.
  2. Ecrire l'équation-bilan de la réaction de l'acide benzoïque avec l'eau.
  3. Donner l'expression de la constante d'acidité du couple considéré.
  4. On ajoute à la solution S1 quelques gouttes d'une solution de soude. Ecrire l'équation-bilan de la réaction acide-base qui se produit lors du mélange de la solution S1 et de la solution de soude.
  5. - Calculer la constante de cette réaction. - En déduire si la réaction peut être considérée ou non comme totale.
corrigé


Si l'acide benzoïque était un acide fort, il réagirait totalement avec l'eau. Pour une solution de concentration c = 0,01 mol.L -1 , [H3O + ]= c.

Ici le pH est égal à 3,1 donc [H3O + ] = 10 -3,1 mol.L -1 ;

[H3O + ] est inférieure à c donc la réaction de l'acide benzoïque avec l'eau est limitée.

L'acide benzoïque est un acide faible.

L'acide le plus fort est l'acide benzoïque et la base la plus forte l'ion hydroxyde, d'où :

Kr = 10-4,2 / 10-14 = 10 9,8.

La constante de réaction est très grande : la réaction peut être considérée comme totale.

3

solution tampon

On réalise une solution S en mélangeant 20 mL de solution S1 et 20 mL de solution S2.

  1. A partir de la réaction se produisant lors du mélange, déduire, sans calcul, que la concentration de l'acide benzoïque, dans la solution S, est égale à celle de sa base conjuguée. En déduire la valeur du pH de la solution S.
  2. Quelles sont le nom et les propriétés d'une telle solution ?
corrigé


La quantité initiale de chaque espèce n'est pas modifiée lors du mélange.

Les deux solutions S1 et S2 ont la même concentration et on en prélève le même volume ; l'acide benzoïque et l'ion benzoate ont donc même concentration dans le mélange.

Or pH = pKa + lg [Base]/[Acide conjugué], doncpH = pKa= 4,2.

Cette solution est une solution tampon:

  • le pH n'est pas modifié lors d'une dilution, les concentrations de la base et de l'acide conjugué variant dans le même sens.
  • le pH d'une solution varie peu lors de l'ajout modéré d'un acide fort ou d'une base forte.


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