Aurélie 19/12/05

Etude d'une solution commerciale de déboucheur d'évier

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Une solution commerciale utilisée pour déboucher les éviers, canalisations, etc. est essentiellement constituée d’une base B. Le flacon porte les indications suivantes : Danger – Produit corrosif. Cet exercice a pour objectifs de déterminer :

– s’il s’agit d’une base forte ou d’une base faible ;

– la concentration de la solution commerciale .

Pour faire cette étude expérimentale, les seuls matériels et produits disponibles sont donnés dans la liste suivante :

Matériel : – pH-mètre électrode système d’agitation ; – fioles jaugées : 50 mL, 100 mL, 200 mL ;– propipette (poire aspirante) ;– pipettes jaugées : 1 mL, 5 mL, 10 mL, 20 mL ;– burette de 25 mL graduée au 1/10 mL ;– bechers.

Produits utilisés : – eau distillée ;– solution commerciale de « produit déboucheur » S0 de concentrationC0 ;

– solution d’acide chlorhydrique de concentration :CA= 0,050 mol/L ; – solution d’indicateurs colorés.

A. Étude d’une propriété de la base B :

  1. Il faut préparer, à partir de la solution , une solution diluée, S, de concentration C telle que C= C0/200 . Compte tenu de la liste du matériel disponible, indiquer celui qu’il faut utiliser pour réaliser la dilution souhaitée dans les meilleurs conditions. Préciser les produits qu’il faut employer. Quel volume de solution S obtient-on après dilution ?
  2. Afin de savoir si la base B réagit totalement ou non avec l’eau (base respectivement forte ou faible), on verse progressivement la solution d’acide chlorhydrique telle que CA= 0,050 mol/L dans un becher contenant initialement vB= 20 mL de solution S. On mesure le pH du milieu réactionnel en fonction du volume d’acide versé. Faire un schéma légendé du montage réalisé.
  3. En notant le couple acide/base auquel appartient la base B, BH/B-, écrire l’équation de la réaction qui se réalise dans le becher.
  4. Quelle quantité d’ion oxonium H3O+ a-t-on apportée lorsqu’on a introduit un volume VA= 8 mL d’acide chlorhydrique ?
  5. Par lecture graphique, déterminer la quantité d’ions oxonium effectivement présente dans la solution. La réaction est-elle totale ? Si oui, on dit que la base est forte.

B. Détermination de la concentration :

  1. Déterminer graphiquement le volume d’acide à l’équivalence.
  2. En déduire la concentration C de la solution S.
  3. Déterminer la concentration de la solution commerciale.

C. Choix d’indicateur(s) coloré(s) :

À partir de la courbe obtenue lors de l’étude de l’évolution du pH en fonction du volume d’acide versé, il est possible de choisir correctement un (ou plusieurs) indicateur(s) coloré(s) pour déterminer la concentration de la solution S lors du dosage.

  1. Soit un indicateur coloré de pKa=3,6 (hélianthine). Sa forme acide a une couleur rouge. Sa forme basique a une couleur jaune. Qu’appelle-t-on zone de virage ?
    - Soit une solution incolore de pH=5 . Quelle teinte prend-elle lorsqu’on ajoute deux gouttes de cet indicateur ? Justifier à l’aide des données du tableau ci-après.
  2. Les indicateurs colorés disponibles sont indiqués ci-dessous :
    indicateur
    couleur de la forme acide
    zone de virage
    couleur de la forme base
    hélianthine
    rouge
    3,1 - 4,4
    jaune
    bleu de bromothymol
    jaune
    6,0 - 7,6
    bleu
    phénolphtaléine
    incolore
    8,2 - 10
    rose violet


    Quel est parmi les indicateurs celui qui apparaît le mieux adapté au dosage ? Justifier graphiquement la réponse.

corrigé
facteur de dilution : 200

le volume de la fiole jaugée ( 200 mL) doit être 200 fois plus grand que celui de la pipette jaugée (1 mL) :

prélever 1 mL S0 à la pipette jaugée ; placer dans la fiole jaugée de 200 mL ; compléter avec de l'eau distilée jusqu'au trait de jauge ; agiter pour rendre homogène. volume de la solution S : 200 mL.

équation de la réaction qui se réalise dans le becher : B- +H3O+ = H2O + BH

quantité d’ion oxonium H3O+ apportée lorsqu’on a introduit un volume VA= 8 mL d’acide chlorhydrique telle que CA= 0,05 mol/L :

concentration (mol/L) * volume de la solution (L) = 0,05* 8 10-3 = 4 10-4 mol.

pH= 12,2 soit [H3O+ ]=10-12,2 =6,3 10-13 mol/L

soit dans un volume de 28 mL : 6,3 10-13 *0,028 = 1,8 10-14 mol d'ion oxonium restant.

1,8 10-14 << 4 10-4 tous les ions oxonium ont réagi avec la base BH : la réaction est donc totale.

Véqui = 12,4 mL

à l'équivalence acide base les quantités de matière des réactifs mis en présencesont en proportions stoéchiomètriques :

CAVéqui= CBVB soit CB= CAVéqui/VB =0,05*12,4 / 20 = 3,1 10-2 mol/L

d'où en tenant compte de la dilution : C0 = 200*0,031 = 6,2 mol/L.

On appelle intervalle de virage la zone de pH dans laquelle l'indicateur coloré change de couleur.

Dans une solution incolore à pH=5 (valeur supérieure au pKa de l'indicateur coloré ), l'hélianthine prend une couleur jaune, couleur de la forme basique prédominante de l'indicateur coloré.

La zone de virage de l'indicateur le plus approprié doit contenir le pH du point équivalent, pH =7 dans ce cas : d'où le choix du bleu de bromothymol.

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