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Acidité du vert de bromocrésol

Objectifs

• Exploiter les relations entre $K_{\text{A}}$, $K_{\text{e}}$, $\tau$ et $\text{pH}$.
• Justifier le choix d’un indicateur coloré lors d’un titrage.

Doc. 1

Couleurs du vert de bromocrésol

Les spectres des formes acide et basique du vert de bromocrésol sont obtenus à l’aide d’un spectrophotomètre.

• Formule brute du vert de bromocrésol : ${\mathrm{C}}_{21}{\mathrm{H}}_{14}{\mathrm{B}\mathrm{r}}_4{\mathrm{O}}_5\mathrm{S}$
• Formule semi-développée du vert de bromocrésol :
  
  
  

  
  
  
• Couple acide-base noté ${\text{HInd/Ind}}^{-}$ : ${\mathrm{C}}_{21}{\mathrm{H}}_{14}{\mathrm{B}\mathrm{r}}_4{\mathrm{O}}_5\mathrm{S}/{\mathrm{C}}_{21}{\mathrm{H}}_{13}{\mathrm{B}\mathrm{r}}_4{\mathrm{O}}_5{\mathrm{S}}^{-}$
• $\text{p}{\mathbf{K}}_{\text{A}}$ du vert de bromocrésol : $\text{p}{K}_{\text{A}}=4,9$
• Concentration standard : $c^{\circ }=1,0$ mol⋅L^-1

Doc. 2

Échelle de teinte du bleu de bromothymol, un autre indicateur coloré

On présente ci-dessous plusieurs solutions de bleu de bromothymol ($\text{p}{K}_{\text{A}}=7,1$) pour des $\text{pH}$ allant approximativement de $2$ à $11$, avec un écart de $\text{pH}$ relativement constant.

✔ APP : Extraire l’information utile

✔ APP : Formuler des hypothèses

✔ VAL : Faire preuve d’esprit critique

1. Déterminer expérimentalement les couleurs de la forme acide et de la forme basique du vert de bromocrésol. Justifier à l’aide du doc. 1 et du cercle chromatique. ➜ Rabat de fin.


2. Justifier que le vert de bromocrésol est un indicateur coloré de $\text{pH}$.


3. À l’aide du doc. 2, déterminer la zone de $\text{pH}$ où le changement de couleur apparaît pour le bleu de bromothymol.


4. D’après les couleurs des béchers, préciser les espèces prédominantes pour tout $\text{pH}\ll \text{p}{K}_{\text{A}}$ et $\text{pH}\gg \text{p}{K}_{\text{A}}$.


5. Proposer un intervalle de valeurs possibles pour le $\text{p}{K}_{\text{A}}$ du bleu de bromothymol. Comparer avec le $\text{p}{K}_{\text{A}}$.


6. Expliquer pourquoi certaines solutions de bleu de bromothymol sont vertes.

Doc. 3

Protocole

Préparer des solutions ${\text{S}}_{\text{i}}$ de $\text{pH}$ différents :

• prélever $20,0$ mL de la solution de Britton-Robinson à l’aide d’une pipette jaugée ;
• ajouter à l’aide d’une burette graduée le volume $V_{\text{i}}$ de solution de soude comme indiqué dans le doc. 6 ;
• prélever $10,0$ mL de cette solution ainsi préparée dans un second bécher et écrire le numéro de la solution sur le bécher ;
• ajouter à l’aide d’une pipette jaugée $1,0$ mL de solution de vert de bromocrésol.

Mesurer et noter le $\text{pH}$ de chaque solution ${\text{S}}_{\text{i}}$.
Mesurer l’absorbance de chaque solution à la longueur d’onde $\lambda =620$ nm.

Doc. 5

Constante d’acidité

Un couple acide-base est caractérisé par une constante sans unité appelée constante d’acidité :

$K_{\mathrm{A}}=\frac{{\left[{\mathrm{H}}_3{\mathrm{O}}^{+}\right]}_{\mathrm{e}\mathrm{q}}\cdot {\left[{\mathrm{A}}^{-}\right]}_{\mathrm{e}\mathrm{q}}}{[\mathrm{A}\mathrm{H}{]}_{\mathrm{e}\mathrm{q}}\cdot c^{\circ }}$

Le $\text{p}{K}_{\text{A}}$ est défini par $\text{p}{K}_{\text{A}}=-\text{log}(K_{\text{A}})$ et $K_{\text{A}}=10^{-\text{p}{K}_{\text{A}}}$. Le $\text{p}{K}_{\text{A}}$ d’un couple acide-base est égal au $\text{pH}$ de la solution aqueuse contenant les deux espèces conjuguées à des concentrations égales.

Doc. 6

Volumes de soude à ajouter

✔ REA : Mettre en œuvre un protocole

✔ REA : Effectuer des mesures avec des capteurs

✔ APP : Faire des prévisions à l’aide d’un modèle

✔ REA : Respecter les règles de sécurité

✔ VAL : Exploiter un ensemble de mesures

✔ VAL : Analyser des résultats

7. Montrer que la concentration en vert de bromocrésol apporté dans chaque bécher est égale à $c=2,6\times 10^{-5}$ mol⋅L^-1.


8. À la longueur d’onde $\lambda =620$ nm, seule la forme basique absorbe le rayonnement.
Donner la relation entre ${\text{[Ind}}^{-}{]}_{\text{i}}$ et l’absorbance $A_{\text{i}}$ pour les différentes solutions.


9. En considérant qu’à $\text{pH}$ élevé, seule la forme basique du vert de bromocrésol est présente, préciser la valeur de ${\text{[HInd]}}_{16}$ pour la solution ${\text{S}}_{16}$. Exprimer la concentration $c$ en fonction de l’absorbance $A_{\text{max}}$ à ce $\text{pH}$.


10. À l’aide des questions précédentes, établir que les concentrations de la forme basique et de la forme acide peuvent s’exprimer à l’aide des relations $\left[{\text{Ind}}^{-}\right]=c\cdot \frac{A}{A_{\max }}$ et $[\mathrm{H}\mathrm{I}\mathrm{n}\mathrm{d}]=c-c\cdot \frac{A}{A_{\max }}$ avec $A_{\text{max}}$ l’absorbance maximale mesurée.


11. Tracer sur le même graphique les courbes représentant les concentrations $[{\text{Ind}}^{-}]$ et $\text{[HInd]}$ en fonction du $\text{pH}$.


12. Déterminer le $\text{p}{K}_{\text{A}}$ du couple du vert de bromocrésol et le comparer avec la valeur théorique.

Le graphique tracé en question 11. est appelé diagramme de distribution. On peut le simplifier en traçant un axe horizontal pour le $\text{pH}$ et en marquant les espèces prédominantes du couple acide-base de part et d’autre de la valeur du $\text{p}{K}_{\text{A}}$, ce qui s’appelle un diagramme de prédominance. Tracer le diagramme de prédominance du vert de bromocrésol.