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Diagrammes de distribution et de prédominance
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ACTIVITÉ D'EXPLORATION


2
Diagrammes de distribution et de prédominance





Pour étudier un couple acide-base, il peut être utile de savoir sous quelle forme ce couple est présent en solution à un pH\text{pH} donné. On s'intéresse ici au couple acide éthanoïque/ion éthanoate notés AH/A\text{AH/A}^-.

➜ Comment tracer le diagramme de distribution d’un couple acide-base ?


Objectifs

  • Représenter et exploiter les diagrammes de prédominance et de distribution.


Doc. 1
Diagramme de distribution

Le diagramme de distribution d’un couple acide-base montre la répartition des deux formes acide et basique d’un couple acide-base en fonction du pH\text{pH}.

Diagramme de distribution

Pour pH=pKA\text{pH} = \text pK_\text{A}, les deux formes sont en quantités égales.

Doc. 2
Constante d’acidité et pH\text{pH}

Un couple acide-base AH(aq)/A(aq)\text{AH(aq)/A}^-\text{(aq)} est caractérisé par sa constante d’acidité KAK_\text{A}, grandeur sans unité, définie par :

KA=[H3O+]eq[A]eq[AH]eqcK_{\mathrm{A}}=\dfrac{\left[\mathrm{H}_{3} \mathrm{O}^{+}\right]_{\mathrm{eq}} \cdot\left[\mathrm{A}^{-}\right]_{\mathrm{eq}}}{[\mathrm{AH}]_{\mathrm{eq}} \cdot c^{\circ}}
KAK_\text{A} : constante d’acidité
[H3O+]eq\left[\mathrm{H}_{3} \mathrm{O}^{+}\right]_{\mathrm{eq}} : concentration en ion oxonium (mol⋅L-1)
[A]eq\left[\mathrm{A}^{-}\right]_{\mathrm{eq}} : concentration de la forme basique (mol⋅L-1)
[AH]eq[\mathrm{AH}]_{\mathrm{eq}} : concentration de la forme acide (mol⋅L-1)
cc^{\circ} : concentration standard égale à c=1c^{\circ} = 1 mol⋅L-1

Le pKA\text{p}K_\text{A} est défini par : pKA=log(KA)\text{p}K_\text{A} = -\text{log}(K_\text{A})

Supplément numérique

import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
pK_A = 
K_A =
pH = np.linspace(0,14,100)
acide = 
base =
plt.plot(pH, acide, 'r', label = '% de AH')
plt.plot(pH, base, 'b', label = '% de A-')
plt.xlabel('pH')
plt.ylabel('Proportion')
plt.legend()
plt.title('Diagramme de distribution de l\'acide ethanoique')
plt.grid()
plt.show()

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Compétences

REA/MATH : Utiliser un langage de programmation

COM : Rédiger un compte-rendu scientifiquement rigoureux

Questions

1. Exprimer la concentration totale cc en acide éthanoïque/ion éthanoate en fonction de la concentration de la forme acide [AH]\text{[AH]} et de la forme basique [A][\text{A}^-] dont le pKA\text{p}K_\text{A} vaut 4,84{,}8.


2. Exprimer la concentration [AH]eq\text{[AH]}_\text{eq} en fonction de la constante d’acidité KAK_\text{A} du couple, de cc et du pH\text{pH}. Faire de même avec la concentration de la forme basique [A]eq[\text{A}^-]_\text{eq}.


Pour pouvoir tracer un diagramme de distribution, il faut connaître le pourcentage de la forme acide et de la forme basique pour chaque valeur de pH\text{pH}.

3. Exprimer la proportion de la forme acide α\alpha et la proportion de la forme basique β\beta en fonction de KAK_\text{A}, cc et du pH\text{pH}.


4. Compléter les lignes 3, 4, 7 et 8 à l’aide des expressions trouvées à la question précédente et lancer le programme.
import numpy as np
import matplotlib.pyplot as plt
pK_A =
K_A =

pH = np.linspace(0, 14, 100)
acide =
base =

plt.plot(pH, acide, 'r', label = '% de AH')
plt.plot(pH, base, 'b', label = '% de A-')
plt.xlabel('pH')
plt.ylabel('Proportion')
plt.legend()
plt.title('Diagramme de distribution de l\'acide ethanoique')
plt.grid()
plt.show()

5. Préciser la composition du système si pHpKA,pH=pKA\mathrm{pH} \ll \mathrm{p} K_{\mathrm{A}}, \mathrm{pH}=\mathrm{p} K_{\mathrm{A}} et pHpKA\mathrm{pH} \gg \mathrm{p}K_{\mathrm{A}}.
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Synthèse de l'activité

Un diagramme de prédominance est composé d’un axe de pH\text{pH} sur lequel on place les zones dans lesquelles chaque forme d’un couple prédomine. À l’aide des questions précédentes, tracer le diagramme de prédominance de l’acide éthanoïque.

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