Chimie - exercices sur la détermination expérimentale du pKa d’un indicateur coloré - correction, Exercices de Chimie Organique
Renee88
Renee8824 April 2014

Chimie - exercices sur la détermination expérimentale du pKa d’un indicateur coloré - correction, Exercices de Chimie Organique

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Chimie - exercices sur la détermination expérimentale du pKa d’un indicateur coloré: le bleu de bromophénol - correction. Les principaux thèmes abordés sont les suivants: Étude de la solution mère, Étude de la réaction d...
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Exercice II. Détermination expérimentale du pKa d'un indicateur coloré: le bleu de bromophénol (6,5pts)

Liban 2008 Exercice II : Détermination expérimentale du pKa d’un indicateur coloré :

Le bleu de bromophénol (6,5 pts)

Première partie : Étude de la solution mère

1.(0,25) n0 = C0.V

n0 = 3,010–5  0,100

n0 = 3,010–6 mol de bleu de bromophénol dans V = 100 mL de solution S0

2.1.(0,25)D’après Bronsted, un acide est une espèce chimique capable de céder un proton H+(aq).

2.2.(0,5)Couples acide-base mis en jeu dans la réaction HIn(aq) + H2O(l) = In–(aq) + H3O+(aq)

couple 1 : HIn(aq) / In–(aq)

couple 2: H3O+(aq) / H2O(l)

3. Étude de la réaction de HIn sur l’eau

3.1. (0,25) HIn(aq) + H2O(l) = In–(aq) + H3O+(aq)

Avancement Quantités de matière

État initial x = 0 n0 Excès 0 0

État

intermédiaire x n0 – x Excès x x

État final si

réaction totalex = xmax n0 – xmax = 0 Excès xmax xmax

État final

observé x = xf n0 – xf Excès xf xf

3.2.(0,25)Le réactif limitant est HIn, l’eau étant introduite en excès.

HIn est totalement consommé alors n0 – xmax = 0

xmax = n0 = 3,010–6 mol

3.3. D’après le tableau d’avancement 3H O

n  = xf donc [H3O +] =

fx

V . D’autre part [H3O+] = 10–pH.

(0,25)Ainsi fx

V = 10–pH , finalement xf = 10–pH.V

xf = 10–4,7  0,100

(0,25) xf = 2,010–6 mol

3.4.(0,25) = max

fx

x

(0,25) = 6

6

2,0 10

3,0 10

 = 0,67 = 67% < 100% donc la réaction n’est pas totale, elle est limitée.

4. Relation de conservation de la matière

4.1.(0,25)D’après le tableau nHIn = n0 – x ; n In = x, ainsi nHIn + n In = n0 – x + x = n0.

4.2. (0,25) nHIn + n In =n0

en divisant par V on a 0HIn In nn n

V V V

 

donc [HIn(aq)] + [In–(aq)] = C0

Deuxième partie : Étude de deux solutions

1. (0,25) La solution S1 est jaune, la forme acide HIn prédomine en solution.

La solution S2 est bleue, la base conjuguée In– prédomine en solution.

2. (0,25) La proportion d’acide et de base conjuguée dépend du pH de la solution.

3. (0,25) [HIn(aq)] + [In–(aq)] = C0 si [HIn(aq)] << [In–(aq)] alors [In–(aq)] = C0

[In–(aq)] = 3,010–5 mol.L–1

Troisième partie : Étude spectrophotométrique

1.Calcul des concentrations des espèces In– et HIn

1.1. (0,25) Seule la forme basique In– absorbe de la lumière, à la longueur d’onde choisie.

De plus l’absorbance est liée à la concentration effective [X] de l’espèce absorbante par A = k.[X].

Alors A = k.[In–].

1.2. (0,25) Dans la deuxième partie, au (3.), on a émis l’hypothèse que pour la solution S2 de pH = 12,0 on

avait [In–] >> [HIn]. Alors [In–(aq)] = C0, donc Amax = k.C0

k = max

0

A

C

(0,25)k = 5

1,66

3,0 10 = 5,5104 ; A est une grandeur sans dimension donc k s’exprime en L.mol–1.

1.3.(0,25)A = k.[In–] avec k = max

0

A

C

A = max

0

A

C .[In–] donc [In–] = 0

max

. A

C A

[In–] = 5 0,83

3,0 10 1,66

  = 1,510–5 mol.L–1

D’autre part [HIn(aq)] + [In–(aq)] = C0

[HIn(aq)] = C0 – [In–(aq)]

[HIn(aq)] = C0 – 0 max

. A

C A

(0,25) [HIn(aq)] = C0 (1 – max

A

A )

[HIn(aq)] = 3,010–5 (1 – 0,83

1,66 ) = 1,510–5 mol.L–1

2.1. Voir figure ci-contre.

(0,25)

2.2.(0,25)pH = pKa + log  

In

HIn

  

2.3.

(0,25)Pour  

In

HIn

   = 1, on a pH = pKa.

(0,25)On mesure graphiquement

pour [HIn] = [In–], alors pH = pKa = 3,9

2.4. Hypothèse : Pour la solution S2, la concentration effective [HIn] est négligeable.

Le pH de la solution S2 vaut 12,0.

pH = pKa + log  

In

HIn

  

pH – pKa = log  

In

HIn

  

(0,25)10pH–pKa =  

In

HIn

  

[In–] = [HIn].10pH–pKa

[In–] = [HIn].1012–3,9

[In–] = [HIn].108,1

(0,25)on vérifie bien que [In–] >> [HIn]

HIn prédomine In– prédomine pH = 3,9

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