Aurélie 02/06/13
 

 

L'acide méthanoïque, concours Geipi 2013.

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L'acide méthanoïque, de formule brute CH2O2, est le plus simple des acides carboxyliques. Naturellement sécrété par les fourmis (d'où son nom usuel d'acide formique), il est industriellement synthétisé à partir du méthanol et du monoxyde de carbone.
Cet acide est couramment utilisé dans l'industrie (textiles, galvanoplastie, alimentation animale, formulation de laques, solvants, produits ménagers …). Son récent mode de synthèse par hydrogénation catalytique du dioxyde de carbone ouvre une voie intéressante pour le stockage du dihydrogène et la valorisation du CO2. A l'inverse, sa décomposition contrôlée s'avère prometteuse pour la propulsion automobile (moteurs thermiques ou piles à combustible).
Ecrire la formule semi-développée de l'acide méthanoïque.

Ecrire la réaction globale – sans mentionner le catalyseur – de sa synthèse par hydrogénation catalytique du dioxyde de carbone.
H2 + CO2 ---> HCOOH.
Pour deux solutions aqueuses diluées d'acide méthanoïque, les valeurs de pH suivantes ont été mesurées :
Concentration initiale (mol.L-1) : 10-2 ; pH = 2,91 et 10-3 mol/L, pH = 3,47.
 Rappeler la différence de comportement, en solution aqueuse, d'un acide fort et d'un acide faible.
Un acide fort est entièrement dissocié dans l'eau. La réaction entre un acide faible et l'eau est partielle et conduit à un équilibre.
 L'acide méthanoïque est un acide faible ; vérifier ce fait expérimental en calculant, pour les deux concentrations précédentes, le pH d'une solution d'acide fort.
Pour un acide fort pH = -log C ; -log 10-2 = 2 ; -log 10-3 = 3.
En diluant 10 fois un acide fort, le pH augmente de une unité, ce qui n'est pas le cas d'un acide faible.
On réalise le titrage pH-métrique de Va = 50 mL d'une solution d'acide méthanoïque par une solution de soude à cb = 0,10 mol.L-1. Pour ce faire, on mesure le pH de cette solution pour des volumes spécifiques Vb de soude ajoutés. La courbe de titrage pH = f(Vb) ainsi que la courbe dérivée d(pH)/d(Vb) = f(Vb) obtenues sont données ci-après :




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Ecrire l'équation de la réaction du titrage.
HCOOH aq + HO-aq ---> HCOO-aq + H2O(l).
Déterminer, à partir de la courbe de titrage, le volume de soude versé au point d'équivalence VE (préciser la méthode expérimentale utilisée pour ce faire).
A l'équivalence la courbe dérivée présente un maximum ; la méthode des tangentes permet de déterminer le point équivalent.
Calculer la concentration molaire ca de la solution d'acide méthanoïque titrée.
A l'équivalence, les réactifs sont en proportions stoechiométriques : CaVa =CbVE ;
Ca =CbVE / Va= 0,10 *48 / 50 = 9,6 10-2 mol/L.
Au point de demi-équivalence, calculer les quantités d'acide méthanoïque n½éq et de sa base conjuguée n′½éq présentes dans le récipient du titrage. Comment nomme-t-on la solution présente dans ce récipient, en ce point du titrage ?
A la demi-équivalence de ce dosage les quantités de matière d'acide méthanoïque et d'ion méthanoate sont égales.
n½éq = ½
CbVE  = 0,5*0,10*48 10-3=2,4 10-3 mol.
A la demi-équivalence, la solution obtenue est une solution tampon.
 Donner l'expression littérale du pH de la solution présente dans le récipient du titrage au point de demi-équivalence, en fonction des quantités molaires trouvées.
pH = pKa + log([HCOO-] / [HCOOH]) = pKa.
En déduire, à partir de la courbe de titrage, la valeur du pKa de l'acide méthanoïque.







Parmi les indicateurs colorés ci-dessous, le(s)quel(s) vous semble(nt) le(s) plus adaptés(s) pour le titrage colorimétrique de l'acide méthanoïque ?

Indicateur Zone de virage Couleur acide Couleur basique
Hélianthine 3,1 - 4,4 rose jaune
Bleu de bromothymol 6,0 - 7,6 jaune bleue
Phénolphtaléine 8,2 - 10 incolore violet
jaune d'alizarine 10,1 - 12,0 jaune rouge

Le pH du point équivalent doit appartenir ou être très proche de la zone de virage de l'indicateu coloré.
Le bleu de bromothymol et la phénolphtaléine peuvent donc convenir.





  


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