Aurélie 1/02/07
 

acide base ; solution tampon ; dosage de l'alcool dans le sang : technicien de recherche Lille 97

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Eau de Javel :

Sur un flacon d'eau de Javel on lit : 48degrés chlorométriques ; densité 1,22.

Degré chlorométrique : volume de dichlore ( exprimé en litres) produit par 1 L d'eau de javel. Ce volume est mesuré à 0°C sous une pression de 1,013 bar.

L'action d'un acide sur l'eau de Javel provoque un dégagement gazeux de dichlore Cl2.

ClO- / Cl2 : 2ClO-+ 2e- + 4H+ = Cl2 + 2H2O

Cl2 /Cl- : 2 Cl- = Cl2 + 2e-

2ClO-+2 Cl-+ 4H+ = 2Cl2 + 2H2O

molarité de cette solution : n (dichlore) = 48 / Vmolaire =48 / 22,4 = 2,14 mol/L

pourcentage en masse d'hypochlorite de sodium : masse de 1 L de solution 1220 g

M( NaClO) = 23 + 35,5 + 1+ 16= 75,5 g/mol

2ClO-+2 Cl-+ 4H+ = 2Cl2 + 2H2O d'où : n(ClO-) = n(Cl2) = 2,14 mol

masse hypochlorite de sodium dans 1 L : 2,14 * 75,5 = 161,6 g soit 161,6*100/1220 = 13,2 %

pH d'une solution :

On mélange 10 mL d'acide sulfurique 0,01 mol/L et 500 mL de chaux Ca(OH)2 à 3,24 10-5 mol/L. On complète à 1 L avec de l'eau pure.

Quantité de matière d'ion oxonium libéré par le diacide H2SO4 : n(H3O+) = 2*10 10-3 * 0,01 = 2 10-4 mol.

Quantité de matière d'ion hydroxyde libéré par Ca(OH)2 : Ca(OH)2 = Ca2+ + 2HO-.

n(HO-) = 2*0,5*3,24 10-5 =3,24 10-5 mol

couples acide base : H3O+/ H2O et H2O /HO-.

Réaction : H3O+ + HO- = 2 H2O
avancement (mol)
H3O+
+ HO-
= 2 H2O
initial
0
2 10-4
3,24 10-5
solvant en grand excès
en cours
x
2 10-4-x
3,24 10-5-x
final
xfin
2 10-4 -xfin
3,24 10-5-xfin
3,24 10-5-xfin =0 soit xfin = 3,24 10-5 et n(H3O+) fin = 2 10-4 -xfin = 2 10-4 -3,24 10-5 = 1,68 10-4 mol dans 1 L

pH = - log 1,68 10-4 = 3,78.

soude et acide éthanoïque :

On ajoute lentement à 100 L d'une solution d'acide éthanoïque 0,01 mol/L une solution de soude à 0,01 mol/L en agitant le mélange.

couple acide base : CH3-COOH / CH3-COO- pKa = 4,8.

calcul du pH initial :

CH3-COOH + H2O = CH3-COO- + H3O+ avec n(CH3-COOH) initial = 100*0,01 = 1 mol.
avancement (mol)
CH3-COOH
+ H2O
= CH3-COO-
+ H3O+
initial
0
1
solvant en grand excès
0
0
en cours
x
1-x
x
x
équilibre
xéq
1-xéq
xéq
xéq
Ka =[CH3-COO-][H3O+]/[CH3-COOH] avec : [CH3-COOH] = 0,01 ; [CH3-COO-]=[H3O+]=xéq / 100 mol/L

x2éq / ( 100(1-xéq) )= 10-4,8 = 1,58 10-5.

x2éq =1,58 10-3 - 1,58 10-3xéq ; x2éq+1,58 10-3xéq -1,58 10-3 =0 ; xéq = 3,97 10-2.

[H3O+] = 3,97 10-2 / 100 = 3,97 10-4 mol/L ; pH initial = -log 3,97 10-4 = 3,4.

autre méthode : [H3O+] =[Ka C]½ = (1,58 10-7)½ =3,4.

calcul du pH après addition de 50 L de soude

CH3-COOH + HO- = CH3-COO- + H2O réacttion totale.


avancement (mol)
CH3-COOH
+ HO-
= CH3-COO-
+ H2O
initial
0
1
0,5
0
solvant en grand excès
en cours
x
1-x
0,5-x
x
final
xfin
1-xfin
0,5-xfin
xfin
0,5-xfin = 0 soit xfin =0,5 mol

[CH3-COOH]fin =[CH3-COO-]fin = 0,5 / 100 = 5 10-3 mol/L ; pH= pKa = 4,8. ( solution tampon )

Une solution tampon modère la variation du pH suite à l'ajout modérée d'acide ou de base, ou lors d'une dilution.

solution tampon : NH4+/NH3 pKa = 9,24.

On prépare une solution avec 200 mL d'ammoniac à 0,6 mol/L et avec 300 mL une solution de chlorure d'ammonium à 0,3 mol/L

Calcul du pH initial : [NH4+] =0,3*0,3/(0,3+0,2) =0,18 mol/L

[NH3]=0,6*0,2/(0,3+0,2)=0,24 mol/L.

pH initial = pKa + log([NH3]/[NH4+]) =9,24 + log (0,24/0,18) = 9,2.

pH après ajout de 0,02 mol d'ion oxonium :

NH3 + H3O+ = NH4+ + H2O réacttion totale.


avancement (mol)
NH3
+ H3O+
= NH4+
+ H2O
initial
0
0,24*0,5 = 0,12
0,02
0,18*0,5 = 0,09
solvant en grand excès
en cours
x
0,12-x
0,02-x
0,09+x
final
xfin
0,12-xfin
0,02-xfin
0,09+xfin
0,02-xfin = 0 soit xfin = 0,02 mol

[NH3]fin =0,1/0,5 = 0,2 mol/L ; [NH4+]fin =0,11/0,5 = 0,22 mol/L

pHfinal= pKa + log([NH3]fin/[NH4+]fin) =9,24 + log (0,2/0,22) = 9,36.


Dosage de l'alcool dans le sang :

On se propose de doser l'alcool dans le sang d'un automobiliste. On prélève V0 = 5 mL de sang que l'on dissout dans 75 mL d'acide picrique. On distille et on récupère V1 = 50 mL de distillat contenant la totalité de l'alcool.

Dans un erlen on introduit V2 = 20 mL de distillat et V3 = 10 mL d'une solution sulfochromique ( dichromate de potassium dans l'acide sulfurique) de concentration C3 = 17 10-3 mol/L. On bouche et on laisse agir 10 min. On ajoute ensuite V4 = 100 mL d'iodure de potassium à C4 = 30 10-3 mol/L. On dose le diiode formé par une solution de thiosulfate de sodium à C5 = 8 10-2 mol/L. Le volume versé pour atteindre l'équivalence est V5 = 10,95 mL

On répète la même opération avec 5 mL d'eau distillée et 75 mL d'acide picrique. On traite le volume V'2 = 20 mL de distillat selon le même ordre opératoire. Le dosage du diiode formé nécessite V'5 = 12,75 mL de thiosulfate de sodium.

Equation de l'oxydation de l'éthanol en acide éthanoïque :

Cr2O7 2- : l'oxydant ( couleur orange) se réduit en ion Cr 3+ vert

CH3CH2OH l'alcool réducteur s'oxyde en CH3COOH

2 fois { Cr2O7 2- + 14H+ + 6e- = 2 Cr 3+ + 7 H2O}

3 fois { CH3CH2OH + H2O = CH3COOH + 4H++4e-}.

2Cr2O7 2- + 3CH3CH2OH + 16H+ = 4 Cr 3+ + 3CH3COOH + 11 H2O ; (1) avec n(CH3CH2OH) = 1,5 n(Cr2O7 2- )

Equation du dosage du diiode par le thiosulfate :

S4O62-/S2O32- : 2 S2O32- = S4O62- + 2e- oxydation

I2 aq/I- : I2 aq+2e- = 2 I- réduction

d'où : 2 S2O32- +I2 aq = S4O62- +2 I- ; (2 ) avec n(S2O32-) = 2n( I2 aq )

Dans le protocole, vérifions que l'ion iodure est en excès :

V4 = 100 mL =0,1 L; C4 = 30 10-3 mol/L ; n(I-)initial = V4C4 = 3 10-3 mol

C5 = 8 10-2 mol/L; V5 = 10,95 mL ; n(S2O32- ) = C5V5 = 8 10-2 * 10,95 10-3 = 8,76 10-4 mol

d'après (2 ) 8,76 10-4 mol dion iodure réagit : I- est donc en excès.

Quantité de matière d'alcool dans V2 mL du premier distillat :

V3 = 10 mL ; C3 = 17 10-3 mol/L ; n( Cr2O7 2- )initial = V3 C3 =0,01* 17 10-3 = 17 10-5 mol

Quantité de matière d'ion dichromate réagissant avec l'alcool :

expérience 2 : Cr2O7 2- oxyde l'ion iodure

Cr2O7 2- + 14H+ + 6I- = 2 Cr 3+ + 7 H2O + 3I2. (3 ) avec n(I-) = 6 n( Cr2O7 2- )

n( I2 aq ) = ½ n(S2O32-) =½ n(I-) ; n(I-) = C5V'5 = 8 10-2 * 12,75 10-3 = 1,02 10-3 mol

n( Cr2O7 2- ) = 1,02 10-3 /6 = 17 10-5 mol

utilité de l'exprérience 2 : l'excès d'ion dichromate est réduit par l'ion iodure.

expérience 1 : Cr2O7 2- oxyde l'ion iodure

n(I-) = C5V5 = 8 10-2 * 10,95 10-3 = 8,76 10-4 mol

n( Cr2O7 2- ) = 8,76 10-4 /6 = 1,46 10-4 mol

et Cr2O7 2- oxyde l'alcool : n( Cr2O7 2- ) =17 10-5 - 1,46 10-4 =2,4 10-5 mol

(1) donne n(CH3CH2OH) = 1,5 n(Cr2O7 2- ) = 1,5*2,4 10-5 =3,6 10-5 mol dans 20 mL de distillat

Soit 3,6 10-5*V1/V2 = 3,6 10-5*50/20 = 9 10-5 mol dans 5 mL de sang

Soit 9 10-5 *1000/5 = 1,8 10-2 mol d'alcool par litre de sang.

M( alcool) = 46 g/ mol

masse d'alcool par litre de sang : 1,8 10-2 *46 =0,83 g/L (infraction).
 

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