Chapitre 7
Activité 2 - Activité d'exploration
Diagrammes de distribution et de prédominance
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Objectif : Représenter et exploiter les diagrammes de prédominance et de distribution.
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Problématique de l'activité
Pour étudier un couple acide-base, il peut être utile de savoir sous quelle forme ce couple est présent en solution à un \text{pH} donné. On s'intéresse ici au couple acide éthanoïque/ion éthanoate notés \text{AH/A}^-.
Comment tracer le diagramme de distribution d'un couple acide-base ?
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Doc. 1Diagramme 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 \text{pH}.
Pour \text{pH} = \text pK_\text{A}, les deux formes sont en quantités égales.
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Doc. 2onstante d'acidité et \text{pH}
Un couple acide-base \text{AH(aq)/A}^-\text{(aq)} est caractérisé par sa constante d'acidité K_\text{A}, grandeur sans unité, définie par :
K_{\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}}
K_\text{A} : constante d'acidité
\left[\mathrm{H}_{3} \mathrm{O}^{+}\right]_{\mathrm{eq}} : concentration en ion oxonium (mol⋅L-1)
\left[\mathrm{A}^{-}\right]_{\mathrm{eq}} : concentration de la forme basique (mol⋅L-1)
[\mathrm{AH}]_{\mathrm{eq}} : concentration de la forme acide (mol⋅L-1)
c^{\circ} : concentration standard égale à c^{\circ} = 1 mol⋅L-1
\left[\mathrm{H}_{3} \mathrm{O}^{+}\right]_{\mathrm{eq}} : concentration en ion oxonium (mol⋅L-1)
\left[\mathrm{A}^{-}\right]_{\mathrm{eq}} : concentration de la forme basique (mol⋅L-1)
[\mathrm{AH}]_{\mathrm{eq}} : concentration de la forme acide (mol⋅L-1)
c^{\circ} : concentration standard égale à c^{\circ} = 1 mol⋅L-1
Le \text{p}K_\text{A} est défini par : \text{p}K_\text{A} = -\text{log}(K_\text{A})
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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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Questions
Compétence(s)
REA/MATH : Utiliser un langage de programmation
COM : Rédiger un compte-rendu scientifiquement rigoureux
COM : Rédiger un compte-rendu scientifiquement rigoureux
1. Exprimer la concentration totale c en acide éthanoïque/ion éthanoate en fonction de la concentration de la forme acide \text{[AH]} et de la forme basique [\text{A}^-] dont le \text{p}K_\text{A} vaut 4{,}8.
2. Exprimer la concentration \text{[AH]}_\text{eq} en fonction de la constante d'acidité K_\text{A} du couple, de c et du \text{pH}. Faire de même avec la concentration de la forme basique [\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 \text{pH}.
3. Exprimer la proportion de la forme acide \alpha et la proportion de la forme basique \beta en fonction de K_\text{A}, c et du \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 \mathrm{pH} \ll \mathrm{p} K_{\mathrm{A}}, \mathrm{pH}=\mathrm{p} K_{\mathrm{A}} et \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 \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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