Montage n°14

Expériences illustrant les propriétés acido-basiques de solutions aqueuses contenant un polyacide, une polybase, ou un mélange d'acides, ou un mélange de bases

A - Plan du montage

I - Influence de la concentration relative sur le pH d’un mélange d’acides
[*]		pH de solution d’un mélange de:
			AcOH à 10-1 M et de HCl à 10-2 M, 10-3 M.
			AcOH à 1 M et de HCl à 10-3 M.
		Comparaison avec la théorie (acides seuls)

II - Comportement vis-à-vis d’un dosage
[*]	1/ Cas d’un mélange: la soude carbonatée
		Dosage de la soude carbonatée par l’acide chlorhydrique, et conclusion (la base la forte est dosée en premier, conclusion sur les indicateurs colorés, ...)
		Par ordinateur.

[*]	2/ Cas d’un polyacide
		Dosage de l’acide sulfurique par la soude et exploitation (différence des pKa et dosage séparé, ...)
		Suivi pH-métrique et conductimétrique.

B - Matériel et produits
a/ Matériel
	¨ Pissette d’eau distillée				(Général)
	¨ 20 béchers 100 mL				(I)	(II)
	¨ pH-mètre et électrode(s)			(I)	(II)
	¨ 1 montage de dosage par burette				(II)
	¨ 1 pipette jaugée de 10 mL			(I)	(II)
	¨ 1 fiole jaugée de 100 mL			(I)	(II)
	¨ 1 ordinateur avec Evénement et carte Candibus		(II-1)
	¨ 1 conductimètre avec solution étalon			(II-2)

b/ Produits
	¨ Solution d’acide chlorhydrique à :
		¨ 1 M, 10-1 M, 10-2 M, 10-3 M		(I)
	¨ Solution d’acide acétique à :
		¨ 1 M, 10-1 M, 10-2 M, 10-3 M		(I)

	¨ Bleu de thymol				(I-1)
	¨ Solution de soude carbonatée à 10-1 M 
		(en soude et carbonate)				(II-1)

	¨ Solution de soude fraîche à 10-1 M			(II-2)
	¨ Solution d’acide sulfurique à 10-1 M			(II-2)

C - Commentaires

Introduction
	Les équilibres acido-basiques (selon Brönsted) interviennent souvent quand on étudie les propriétés d’une solution aqueuse. Or il se produit fréquemment que plusieurs couples différents soient en présence. Comment intéragissent alors ces couples entre eux?

I - Influence de la concentration relative sur le pH d’un mélange d’acides.
		Nous allons tout d’abord nous occuper du cas d’un mélange de deux acides, l’un dit “fort”, l’autre dit “faible”, et observer comment évolue le pH en fonction des quantités relatives des deux couples.
		Pour ceci on mesure le pH de mélanges équivolumiques d’acides chlorhydrique et acétique à:
¨ AcOH à 10-1 M et de HCl à 10-2 M.
	Le pH est celui de l’acide fort seul (environ 2).

¨ AcOH à 10-1 M et de HCl à 10-2 M, 10-3 M.
	Le pH est différent de celui des deux acides seuls.

¨ AcOH à 1 M et de HCl à 10-3 M.
	Le pH se rapproche de celui de l’acide faible (2,375), sans l’atteindre tout à fait: 2,32.

		De ces expériences on en conclut que l’acide le plus fort impose son pH, à condition qu’il soit en quantité suffisante par rapport à l’autre.

II- Comportement vis-à-vis d’un dosage
		La plupart des produits courants contiennent un mélange d’acides et de bases, et on cherche souvent à titrer les espèces présentes. Il faut alors connaître les comportements des couples vis-à-vis d’un dosage.

	1/ Cas d’un mélange d’acides: la soude carbonatée
		Si on laisse une solution de soude à l’air libre, le dioxyde de carbone atmosphérique va venir s’y dissoudre. Mais ce corps est un diacide faible, il va alors exister dans la solution sous forme de carbonates. La quantité d’ions hydroxyde a alors forcément baissé par rapport à la soude initiale, car il a fallu fabriquer les carbonates selon la réaction:
CO2 + H2O + 2 HO- ¾® CO32- + 2H2O.
		Expérimentalement on dose (par suivi pH-métrique) une solution contenant un mélange équimolaire de soude et de carbonate de sodium à 0,1 M (éventuellement diluée au cinquième au bécher) par HCl 0,1 M.
		On en déduit:
¨ le titre
¨ les pKa des deux couples aux demi-équivalences, où on a en fait des solutions tampon; car le pH varie peu quand on ajoute de l’acide (attention: ceci est seulement UNE des conditions)
¨ une remarque fondamentale sur l’indicateur coloré à utiliser pour ce dosage: avec la phénolphtaléine on dose la soude et le carbonate, avec l’hélianthine on dose tout.
¨ le fait qu’on a pu doser séparément les trois couples.

	2/ Cas d’un polyacide: l’acide sulfurique.
		L’acide sulfurique possède deux acidités: la première est forte, la deuxième est moyenne (pKa~ 2,5). Peut-on doser séparément les deux acidités?
		On dose une solution d’acide sulfurique réelle de 0,01 M, soit 0,1 M diluée au dixième, pour avoir de belles ruptures de pentes en conductimétrie, par la soude fraîche0,1 M.
		On effectue un suivi pH-métrique et conductimétrique.
		On en déduit:
¨ le titre
¨ le fait qu’on peut différencier les deux acidités en conductimétrie, mais pas en pH-métrie.

		On conclut sur le fait qu’en pH-métrie, on dose séparément deux acidités uniquement si DpKa>4.

Conclusion générale
	On vient de montrer des propriétés de mélanges de couples acido-basiques et de polyacides. L’étude a surtout été centrée sur les dosages, qui sont très importants par exemple pour analyser les produits de la vie courante (comme le coca-cola). On a également évoqué les solutions tampons qui sont extrêmement importantes aussi (nous vivons grâce à une solution tempon: le sang), et qui ne peuvent être développées ici, faute de temps.

D - Bibliographie

¨ Fascicule de TP de P. Lalanne.

¨ “Expériences de chimie”, Bréal.