Travaux pratiques sur la constante d'acidité de l'acide benzoïque, Exercices de Chimie
Renee88
Renee8824 April 2014

Travaux pratiques sur la constante d'acidité de l'acide benzoïque, Exercices de Chimie

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Travaux pratiques de sciences chimiques sur la constante d'acidité de l'acide benzoïque. Les principaux thèmes abordés sont les suivants: Détermination préalable de la concentration molaire apportée de la solution S0 d'a...
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Nouvelle Calédonie Mars 2004 session de rattrapage bac 2003

Nouvelle Calédonie Mars 2004 session de rattrapage bac 2003

EXERCICE I. CONSTANTE D'ACIDITÉ DE L'ACIDE BENZOÏQUE (4 points)

La littérature donne les constantes d'acidité à 25°C. Cet exercice propose une méthode conductimétrique

pour déterminer la constante d'acidité de l'acide benzoïque à 20°C, température usuelle dans les

laboratoires.

Cette méthode ne nécessite pas de disposer des valeurs numériques des conductivités molaires ioniques à

20°C, non données dans la littérature.

L'acide étudié est l'acide benzoïque C6H5CO2H.

On exploite les résultats des mesures de la conductivité de solutions d'acide benzoïque de différentes concentrations préparées par dilution d'une solution S0 de concentration molaire apportée c0.

L'acide benzoïque étant difficilement soluble dans l'eau, la concentration molaire apportée c0 de cette

solution n'est pas connue de façon sure à partir de sa préparation. Il faut donc préalablement doser cette

solution. On réalise un titrage conductimétrique.

Les deux parties à traiter sont indépendantes.

1. Détermination préalable de la concentration molaire apportée de la solution S0 d'acide

benzoïque par titrage.

Mode opératoire

Dans un becher, on introduit un volume V = 100,0 mL de la solution aqueuse S0 d’acide benzoïque. On plonge la cellule de conductimétrie dans cette solution. On verse à l’aide d’une burette graduée une solution aqueuse d’hydroxyde de sodium ou soude

Na+(aq) + HO –(aq) de concentration molaire apportée cb = 1,010 –1 mol.L-1, en notant à chaque

ajout la conductivité de la solution.

La figure 1 ci-dessous, représente les valeurs de la conductivité pour les différents volumes Vb de soude versés.

Figure 1

Vb (en mL)

5101520

(en mS.cm-1)

0

1

0

Questions

1.1. Écrire l’équation de la réaction modélisant la transformation, considérée comme totale, qui se produit

au cours de ce dosage.

1.2. En utilisant les résultats expérimentaux et en donnant la définition de l’équivalence, déterminer la

concentration molaire c0 de la solution S0 en acide benzoïque apporté.

2. Constante d’acidité de l’acide benzoïque

Mode opératoire

À l’aide de la solution S0 de concentration molaire apportée c0, on prépare des solutions diluées de concentrations décroissantes :

5,010 –3 mol.L-1 ; 2,510 –3 mol.L-1 ; 2,010 –3 mol.L-1 ;

1,010 –3 mol.L-1 ; 6,710 –4 mol.L-1 ; 5,010 –4 mol.L-1.

On mesure la conductivité de la solution S0 et des solutions diluées en plongeant dans chaque solution la même cellule de conductimétrie.

Le tableau ci-dessous donne les résultats des mesures :

c

(en mol.L-1) 1,010–2 5,010–3 2,510–3 2,010–3 1,010–3 6,710–4 5,010–4

 (en µS.cm-1)

273,4 189,0 132,0 115,0 81,3 61,7 52,1

On négligera l’autoprotolyse de l’eau.

Questions

2.1. Écrire l’équation de la réaction entre l’acide benzoïque et l’eau.

2.2. On considère un volume V de la solution d’acide benzoïque de concentration molaire apportée c.

Recopier et compléter le tableau descriptif de l’évolution du système.

Équation chimique C6H5CO2H + ….. = ….. + …..

État du système Avancement

(en mol) Quantités de matière (en mol)

État initial 0 n0 =

État

intermédiaire x n =

État final

ou équilibrexf = xéq nf =

2.3. Donner, en fonction de l’avancement, de la concentration c et du volume V, l’expression littérale du

quotient de réaction Qr et celle de la constante d’acidité Ka de l’acide benzoïque.

2.4. Définir le taux d’avancement final  de la transformation.

2.5. Montrer que l’avancement final ou avancement à l’équilibre est : xf = xéq =  .c.V.

2.6. Exprimer la constante d’acidité Ka en fonction du taux d’avancement final  et de la concentration c de

la solution.

2.7. Donner la relation entre la conductivité  de la solution et les conductivités molaires ioniques des ions

présents 3H O   et

6 5 2C H CO   .

Établir la relation entre la conductivité  , le taux d’avancement final , la concentration c de la solution et

un coefficient a = 3H O   +

6 5 2C H CO   .

2.8. En utilisant l’expression de la constante d’acidité Ka et celle du taux d’avancement final obtenues dans les questions précédentes, on obtient la relation 1 suivante :

² . . . ²a aK a K a

c c

     relation 1

La figure 2 ci-après représente les variations de ²

c

en fonction de

c

pour les différentes mesures

effectuées.

L’équation de la droite obtenue (qui n’est pas à établir) est :

3 2 ²

2,63 10 . 8,15 10 c c

       relation 2

À partir de la relation 1, donner les expressions littérales du coefficient directeur et de l’ordonnée à

l’origine de la droite représentée.

Déduire de ces résultats et de la relation 2 la valeur de la constante d’acidité de l’acide benzoïque à la

température de l’expérience.

0 10

6

7

8

5

2 1 2² ( 10 ². . . )S L mol m c

   

1 1( . . . )S L mol m c

  

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