Réactions acido basiques

[smack44]

Bonjour

J'attaque un nouveau TP et j'aurai besoin un peu d'aide

Étude d’un indicateur coloré : le bleu de bromothymol
À la fin du 18ème siècle, on commence à utiliser les indicateurs colorés naturels dans les procédés industriels à des fins de
contrôles. On constate alors que les solutions acides n’ont pas toutes le même effet sur les couleurs des indicateurs ; cela
conduit à la mise au point des premières échelles de comparaison des forces des acides. Il faudra attendre encore un
siècle pour développer les premières synthèses d’indicateurs.
Actuellement les indicateurs colorés sont utilisés pour estimer les valeurs de pH de solutions, par exemple dans le cas des
analyses d’eau de piscine. On se propose ici de caractériser l’un de ces indicateurs : le bleu de bromothymol (BBT) en
déterminant son pKa et ainsi de voir si le BBT peut être ou non adapté à l’analyse d’une eau de piscine sachant que le pH
idéal pour les eaux de piscine doit être compris entre 7,2 et 7,4.


Solution Si Vi pHi Ai (630 nm) [In2-] [InH-]
S1 4 4,7 0 0 0,0000273
S2 4,5 4,5 0 0 0,0000273
S3 5 5,6 0,03 0 0,0000273
S4 5,5 6,4 0,113 0 0,0000273
S5 6 6,7 0,264 0 0,0000273
S6 6,5 6,9 0,422 0 0,0000273
S7 7 7,0 0,595 0 0,0000273
S8 7,5 7,3 0,719 0 0,0000273
S9 8 7,6 0,81 0 0,0000273
S10 8,5 7,7 0,82 0 0,0000273
S11 9 8 0,834 0 0,0000273
S12 9,5 0,867 0 0,0000273

J'espère que le pH relevé est cohérent par contre je n'ai pas eu le temps de faire pour 9,5 si je mets 8,1 pensez-vous que cette donnée soit à peu près correcte?


1.Pourquoi les différentes solutions Si obtenues n’ont –elles pas la même couleur ?

Parce que le B.B.T existe sous deux formes :
- Sa forme acide de teinte jaune que l’on note IndH-.
- Sa forme basique de teinte bleue que l’on note Ind2-.

2. D’après le diagramme de prédominance étudié en classe de 1ère, quelle est la grandeur limite à partir de laquelle
il y a un changement d’espèce prédominante.

La grandeur limite est quand pH=pKA [acide]=[base]

3. Donner alors une estimation de cette grandeur en observant les différentes solutions obtenues.

On sait que pKA = 7,1 de la solution S1 à S6 la teinte est jaune vert nous sommes dans une forme acide et de la solution S7 à S12 couleur vert bleu forme basique.

Je ne sais pas si je réponds clairement à la question.

Changement à S7 avec un pH à 7,0

4. Pour déterminer cette grandeur plus précisément, il faut pouvoir déterminer les concentrations de IndH- et de
Ind2- dans chacune des solutions.
Quelle technique d’analyse pourrait nous permettre d’étudier ces différentes solutions et déterminer ainsi les
concentrations des espèces qu’elles contiennent ?

On pourrait mesurer l'absorbance de la solution (Si) à l’aide d’un spectrophotomètre


5. Calculer la concentration totale en BBT (qui sera notée C0) dans chacune des solutions Si.
C = [IndH-] + [Ind2-] = =C.BBT×V BBT / V TOTALE
C =3,0 x 10-4 x 0,002/0,020
C= 3x 105-

Pourriez-vous me dire jusqu'à là si je n'ai pas trop d'erreur.

En vous remerciant par avance.
-----

[gts2]

Bonjour,

On ne comprend pas trop le tableau : je dirai que [In2-] [InH-] sont à calculer à partir de A (en rapport avec la question 4)
Ajouter des points de mesure fictifs est rarement une bonne méthode (si il manque un point on fait sans)
question 3 : la réponse ne doit pas commencer par "On sait que pKA = 7,1" puisque justement le but de la question est de trouver pKa.

[smack44]

https://spcl.ac-montpellier.fr/moodl..._Activites.pdf
voici le lien du sujet du TP si vous souhaitez visualiser le sujet pour mieux comprendre les données.

[gts2]

1- OK
2- OK
3- Il faut observer les teintes et donner le pKa par encadrement du changement de teinte
4- OK
5- le volume total est 22 mL
Les deux dernières colonnes de votre tableau correspondent aux questions 8*12

[A voir en vidéo sur Futura]

[smack44]

Effectivement le volume est de 20ml + 2ml que l'on ajoute

5. Calculer la concentration totale en BBT (qui sera notée C0) dans chacune des solutions Si.
C = [IndH-] + [Ind2-] = =C.BBT×V BBT / V TOTALE
C =3,0 x 10-4 x 0,002/0,022
C= 2,7 x 10-5

Il faut que je continue le TP merci à plus tard

[smack44]

7 . Pour la forme acide IndH- absorbe dans le bleu : elle est de couleur verte
La forme Ind2– absorbe dans le jaune orangé: elle est de couleur bleue.

8. λmax = 630 nm à cette longueur d’onde, la forme acide IndH- n’absorbe aucune lumière.

9.A = k [ Ind2- ] ( loi de Beer lambert ) je ne vois comment calculer les différentes solutions, il faut calculer pour les 12 solutions!

10. [InH2-] = C0 X A/A max je ne comprends pas cette formule Co il s'agit de la concentration du BBT 2,7 x 10-5 et le A c'est l'absorbance comment la calculer et A max je ne vois pas.
Pas évident car nous n'avons aucun cours pour nous appuyer.

Je m'arrête pour aujourd'hui. Je vais poursuivre demain.

Bonne soirée

[gts2]

7- La couleur complémentaire du bleu n'est pas le vert. D'ailleurs vert est la couleur de virage
8- ET la forme basique absorbe max : avec votre phrase c'est lambda >600
9- il faut appliquer 12 fois votre formule
10- Co est bien la concentration du BBT : au max (Amax) tout le BBT est sous forme basique donc c0.
Pour ce qui est A il faut le mesurer pas le calculer (question 8). Pour le max, il faut vous placer dans des conditions telles que le BBT soit entièrement sous forme basique.

[smack44]

7- Pour la forme acide IndH- absorbe dans le jaune : elle est de couleur vert très clair jaune
La forme Ind2– absorbe dans le vert: elle est de couleur bleue.

8- Les mesures sont effectuées à 630 nm, à cette longueur d’onde seule la forme basique, Ind2-, absorbe.
A = k . [Ind2-]
c. Dans une des solutions préparées (solution 12) la concentration en forme basique est dominante
et on peut considérer qu’il n’y a pas d’indicateur sous sa forme acide [IndH-] = 0.
Par ailleurs, l’absorbance de cette solution (sous la forme basique) est maximale.
On peut écrire :
A max = k . [Ind2-] = k.c

9. A max = k . [Ind2-] = k.c
La solution de S6 à S12 on peut considérer que le BBT n'existe que sous la forme basique.
Effectuer les différentes mesures d'absorbance

Solution Si Vi pHi Ai (630 nm)
S1 4 5 0
S2 4,5 5,4 0
S3 5 6 0,03
S4 5,5 6,5 0,113
S5 6 6,9 0,264
S6 6,5 7,25 0,422
S7 7 7,6 0,595
S8 7,5 8,25 0,719
S9 8 8,75 0,81
S10 8,5 9 0,82
S11 9 9,4 0,834
S12 9,5 9,8 0,867

Dans une des solutions préparées (solution 12) la concentration en forme basique est dominante
(pH = 9,8) et on peut considérer qu’il n’y a pas d’indicateur sous sa forme acide [IndH-] = 0.
l’absorbance de cette solution est maximale (0,867).

10.
[Ind2-] = k.2,7.105- x A /A MAX

11.
On peut écrire :
A max = k . [Ind2-] = k.c
[Ind2-]=C. A/A max
[IndH-]=C.[Ind2-]= C.(1- A/ A max)

12 . Calculs des concentrations

pHi [Ind2-] [IndH-]
5 0,000157439 -0,000130139
5,4 0,000170035 -0,000142735
6 0,000188927 -0,000161627
6,5 0,000204671 -0,000177371
6,9 0,000217266 -0,000189966
7,25 0,000228287 -0,000200987
7,6 0,000239308 -0,000212008
8,25 0,000259775 -0,000232475
8,75 0,000275519 -0,000248219
9 0,000283391 -0,000256091
9,4 0,000295986 -0,000268686
9,8 0,000308581 -0,000281281

13
Je n'arrive pas à vous montrer mes deux courbes mais elles ne se croisent pas donc je ne peux pas définir mon pKA.

14 . IndH (aq) + H2O(l) = H3O+aq + Ind2-(aq)

15. La constante d'acidité est égale à la constante d'équilibre de la réaction de l'acide avec l'eau.

Ka = [H3O+](aq)[ Ind2-](aq) / [IndH-](aq)

Ka = [H3O+aq][ Ind2-] / [IndH] s'écrit : log Ka = log [H3O+] + log ([ Ind2-] / [IndH])

-log Ka =- log [H3O+] - log ([ Ind2-] / [IndH])

pKa = pH -log ([ Ind2-] / [IndH])

pH = pKa + log ([ Ind2-] / [IndH]).

Or à pH=7,1 [ Ind2-] / [IndH] =1

donc : pKa = 7,1.

16. Je ne peux pas vérifier mes courbes sont fausses elles ne se croisent pas.

17. La zone de virage est déterminée visuellement (les solutions 1 à 12 sont disposées côte à côte). Elle
peut aussi l’être graphiquement. D’après la définition proposée, l’étendue de la zone de virage d’un
indicateur coloré serait de deux unités pH entre pKa -1 et pKa +1. Pour le bleu de bromothymol par exemple,
la zone de virage est de 6,2 – 8,2

18. faire un diagramme de prédominance

19 . Au vu de la zone de virage le BBT me semble adapté l'eau de la piscine devrait avoisiner un pH de 7 (neutre).

Je comprends pas mon erreur mon graphique est faux et je n'arrive pas à trouver mon erreur dans les calculs certainement.

Par avance merci

[gts2]

7- je ne comprends pas trop : d'après vos courbes l'acide absorbe à 470 nm pas vraiment du jaune et la base à 360 pas vraiment du vert (voir par exemple : wikipedia
8- OK
9- OK
10- faute de frappe : il n'y a pas de k
11- les "calculs" sont bizarres, mais l'expression finale correcte
12- Vos calculs numériques ne sont pas cohérents avec vos expression littérales
13- refaire les calculs en appliquant vos expressions (10 et 11)
14- OK
15- calcul correct

[gts2]

Graphe obtenu avec vos valeurs et vos expressions

[smack44]

Effectivement vos courbes sont parfaites et je n'obtiens absolument pas cela.

Je n'arrive pas à calculer Ind2- par contre la valeur de IndH est toujours la même 0,0000273
j'utilise la relation [Ind2-] = k.2,7.105- x A /A MAX sauf que K est une constante de proportionnalité mais c'est quoi la constante de proportionnalité, l'absorbance je prends Ai à 630NM et Ai max est l'Ai de la solution 12 ou le cumul de toute les absorbances Ai.

Là je suis un peu pommée

[gts2]

Remarque déjà faite : il n'y a pas de k, c'est juste une proportionnalité et au max quand tout le BBT est sous forme acide, donc (acide)=c=2,7 10^-5, A=Amax

"par contre la valeur de IndH est toujours la même 0,0000273" !!?? et la conservation de la matière ?

Vous avez dit vous-même (question 11) : "[Ind2-]=C. A/A max et [IndH-]=C-[Ind2-]= C.(1- A/ A max)" ; il suffit d'utiliser les expressions que vous avez vous même écrit.

[smack44]

7- je ne comprends pas trop : d'après vos courbes l'acide absorbe à 470 nm pas vraiment du jaune et la base à 360 pas vraiment du vert

La forme acide est de couleur orange et la forme basique bleu foncé

J'ai trouvé et j'ai bien deux courbes qui se croisent à environ 7,2 pH dommage je n'arrive pas à faire un copier collé sur ce site pour vous montrez mes courbes.



14 . IndH (aq) + H2O(l) = H3O+aq + Ind2-(aq)

15. La constante d'acidité est égale à la constante d'équilibre de la réaction de l'acide avec l'eau.

Ka = [H3O+](aq)[ Ind2-](aq) / [IndH-](aq)

Ka = [H3O+aq][ Ind2-] / [IndH] s'écrit : log Ka = log [H3O+] + log ([ Ind2-] / [IndH])

-log Ka =- log [H3O+] - log ([ Ind2-] / [IndH])

pKa = pH -log ([ Ind2-] / [IndH])

pH = pKa + log ([ Ind2-] / [IndH]).

Or à pH=7,1 [ Ind2-] / [IndH] =1

donc : pKa = 7,1.

16. Les deux courbes se croisent à un pH de 7,3 donc le pKA du BBT est de 7,3

17. La zone de virage est déterminée soit visuellement (les solutions 1 à 12 sont disposées côte à côte). Elle
peut aussi l’être graphiquement. la zone de virage d’un indicateur coloré serait de deux unités pH entre pKa -1 et pKa +1. Pour le bleu de bromothymol par exemple, la zone de virage est et là je ne sais pas comment définir la zone de virage graphiquement

18. faire un diagramme de prédominance

19 . Le BBT me semble adapté à l'eau de la piscine car l'eau doit être d'environ d'un pH de 7 (neutre).

Merci à vous


Par avance merci

[gts2]

7- je ne comprends pas trop : d'après vos courbes l'acide absorbe à 470 nm pas vraiment du jaune et la base à 360 pas vraiment du vert
La forme acide est de couleur orange et la forme basique bleu foncé

orange ? plutôt jaune ?

deux courbes qui se croisent à environ 7,2 pH
Or à pH=7,1 [ Ind2-] / [IndH] =1
Les deux courbes se croisent à un pH de 7,3 donc le pKA du BBT est de 7,3

Il faudrait vous mettre en accord avec vous-même : c'est 7,1 7,2 ou 7,3 ?

Pour le bleu de bromothymol par exemple, la zone de virage est et là je ne sais pas comment définir la zone de virage graphiquement

Le pKa +- 1 correspond à un facteur 10 : log(10)=1.
Donc si vous prenez le pH avec 90% d'acide et 10% de base et réciproquement, vous aurez votre zone de virage (ce n'est pas tout à fait un facteur 10...)

[smack44]

Bonjour

9. D’après les mesures obtenues, dans quelle(s) solution(s) peut –on considérer que le BBT n’existe que sous sa
forme basique ?

On peut considérer que dans les solutions 11 et 12 le BBT n'existe que sous sa forme basique (Amax).
Lorsque [IndH-]=0

19. Expliquer alors si le BBT vous semble adapté ou non à la détermination du pH pour l’analyse d’eaux de piscine.
Le BBT me semble adapté pour analyser l'eau de piscine puisque le pH idéal pour les eaux de piscine doit être compris entre 7,2 et 7,4 et nous sommes à un pH de 7,3.

15. En utilisant les propriétés mathématiques du logarithme décimal (voir Fiche Lien entre Mathématique et
Physiques), établir l’expression du pH en fonction du pKa du BBT.

Ka = [H3O+](aq)[ Ind2-](aq) / [IndH-](aq)

Ka = [H3O+aq][ Ind2-] / [IndH] s'écrit : log Ka = log [H3O+] + log ([ Ind2-] / [IndH])

-log Ka =- log [H3O+] - log ([ Ind2-] / [IndH])

pKa = pH -log ([ Ind2-] / [IndH])

pH = pKa + log ([ Ind2-] / [IndH]).

Or à pH=7,1 [ Ind2-] / [IndH] =1

donc : pKa = 7,1.

Je dois indiquer le pKA théorique du BBT qui figure sur la première page de l'activité ou je dois indiquer le pKa obtenu sur mon graphique soit 7,3.

Bonne journée et encore merci.

[gts2]

A la question 15, on ne demande pas la valeur de pKa.

[smack44]

Je reviens à la question 3 (nous venons d'obtenir la photo des solutions les trois premiers sont de couleur orangée ensuite vert foncé et bleu foncé)

Les solutions de S1 à S3 sont de couleur orange à orange foncé
[acide]<[base]
Les solutions de S4 à S6 sont de couleur vert foncé
[acide]=[base] zone de virage
Les solutions de S6 à S11 les solutions sont de couleur bleue foncé
[acide]>[base]


9. D’après les mesures obtenues, dans quelle(s) solution(s) peut –on considérer que le BBT n’existe que sous sa
forme basique ?

On peut considérer que dans les solutions 11 et 12 le BBT n'existe que sous sa forme basique (Amax).
Lorsque [IndH-]=0 est-ce que la réponse est suffisante?

19. Expliquer alors si le BBT vous semble adapté ou non à la détermination du pH pour l’analyse d’eaux de piscine.
Le BBT me semble adapté pour analyser l'eau de piscine puisque le pH idéal pour les eaux de piscine doit être compris entre 7,2 et 7,4 et nous sommes à un pH de 7,3.

[gts2]

3- et 19- OK

9- OK mais : "On peut considérer ... le BBT n'existe que sous sa forme basique (Amax) Lorsque [IndH-]=0" à remplacer par "... sa forme basique (Amax), car alors [IndH-]=0"