Physique-Chimie Terminale Spécialité
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Préparation aux épreuves du Bac
1. Constitution et transformations de la matière
Ch. 1
Modélisation des transformations acide-base
Ch. 2
Analyse physique d'un système chimique
Ch. 3
Méthode de suivi d'un titrage
Ch. 4
Évolution temporelle d'une transformation chimique
Ch. 5
Évolution temporelle d'une transformation nucléaire
BAC
Thème 1
Ch. 6
Évolution spontanée d'un système chimique
Ch. 7
Équilibres acide-base
Ch. 8
Transformations chimiques forcées
Ch. 9
Structure et optimisation en chimie organique
Ch. 10
Stratégies de synthèse
BAC
Thème 1 bis
2. Mouvement et interactions
Ch. 11
Description d'un mouvement
Ch. 12
Mouvement dans un champ uniforme
Ch. 13
Mouvement dans un champ de gravitation
Ch. 14
Modélisation de l'écoulement d'un fluide
BAC
Thème 2
3. Conversions et transferts d'énergie
Ch. 15
Étude d’un système thermodynamique
Ch. 16
Bilans d'énergie thermique
BAC
Thème 3
4. Ondes et signaux
Ch. 17
Propagation des ondes
Ch. 18
Interférences et diffraction
Ch. 19
Lunette astronomique
Ch. 20
Effet photoélectrique et enjeux énergétiques
Ch. 21
Évolutions temporelles dans un circuit capacitif
BAC
Thème 4
Annexes
Ch. 22
Méthode
Chapitre 7
Activité 3 - Activité expérimentale
120 min
Acidité du vert de bromocrésol
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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.
Justifier le choix d'un indicateur coloré lors d'un titrage.
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Problématique de l'activité
Le vert de bromocrésol est un indicateur coloré de \text{pH}. Lorsqu'il est en solution, sa couleur varie en fonction du \text{pH}.
Comment déterminer la constante d'acidité du vert de bromocrésol ?
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Doc. 1Couleurs du vert de bromocrésol
Les spectres des formes acide et basique du vert de bromocrésol sont obtenus à l'aide d'un spectrophotomètre.
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- Formule brute du vert de bromocrésol : \mathrm{C}_{21} \mathrm{H}_{14} \mathrm{Br}_{4} \mathrm{O}_{5} \mathrm{S}
- Formule semi-développée du vert de bromocrésol :
- Couple acide-base noté \textbf{HInd/Ind}^- : \mathrm{C}_{21} \mathrm{H}_{14} \mathrm{Br}_{4} \mathrm{O}_{5} \mathrm{S} / \mathrm{C}_{21} \mathrm{H}_{13} \mathrm{Br}_{4} \mathrm{O}_{5} \mathrm{S}^{-}
- \textbf{p} \boldsymbol{K}_\textbf{A} du vert de bromocrésol : \text p K_\text{A}=4{,}9
- Concentration standard : c^{\circ}=1{,}0 mol⋅L-1
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Doc. 2Échelle 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.
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Questions
Compétence(s)
APP : Extraire l'information utile
APP : Formuler des hypothèses
VAL : Faire preuve d'esprit critique
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 et du cercle chromatique. .
2. Justifier que le vert de bromocrésol est un indicateur coloré de \text{pH}.
3. À l'aide du , 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.
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Doc. 3Protocole
Préparer des solutions \text S_\text{i} de \text{pH} différents :
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.
- 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 ;
- 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.
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Doc. 4Matériel nécessaire
- Spectrophotomètre ou colorimètre
- pH-mètre étalonné
- Trois pipettes jaugées de 20{,}0, 10{,}0 et 1{,}00 mL
- Seize petits béchers identiques de 50 mL
- Deux burettes graduées
- Eau distillée
- Solution de Britton-Robinson (mélange de plusieurs acides)
- Soude de concentration c_1 = 1{,}00 \times 10^{-1} mol⋅L-1
- Solution de vert de bromocrésol de concentration c_2 = 2{,}86 \times 10^{-4} mol⋅L-1
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Doc. 5Constante 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{eq}} \cdot\left[\mathrm{A}^{-}\right]_{\mathrm{eq}}}{[\mathrm{AH}]_{\mathrm{eq}} \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.
K_{\mathrm{A}}=\frac{\left[\mathrm{H}_{3} \mathrm{O}^{+}\right]_{\mathrm{eq}} \cdot\left[\mathrm{A}^{-}\right]_{\mathrm{eq}}}{[\mathrm{AH}]_{\mathrm{eq}} \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.
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Doc. 6Volumes de soude à ajouter
| \textbf{S}_\textbf{i} | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| \bm V_\textbf{i} (mL) | 0 | 0,5 | 1,0 | 1,5 | 2,0 | 2,5 | 3,0 | 3,5 |
| \textbf{S}_\textbf{i} | 9 | 10 | 11 | 12 | 13 | 14 | 15 | 16 |
| \bm V_\textbf{i} (mL) | 4,0 | 4,5 | 5,0 | 5,5 | 6,0 | 6,5 | 7,5 | 10,0 |
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Questions
Compétence(s)
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
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{HInd}]=c-c \cdot \frac{A}{A_{\max }} avec A_\text{max} l'absorbance maximale mesurée.
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{HInd}]=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.
GeoGebra
12. Déterminer le \text{p}K_\text{A} du couple du vert de bromocrésol et le comparer avec la valeur théorique.
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Synthèse de l'activité
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.
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j'ai une idée !
Oups, une coquille
