Aurélie 05/02

étude de l'acide borique

Nlle Calédonie 11/ 01 (sans calculatrice)

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L'acide borique est un antiseptique léger, peu irritant, utilisé par exemple en solution aqueuse diluée dans le " lave-oeil " que l'on trouve dans les laboratoires de chimie. L'acide borique sera considéré comme un monoacide faible. Son dosage direct par l'hydroxyde de sodium ou soude est délicat en pH-métrie ou avec un indicateur coloré.

Par contre, en présence d'un excès de polyol, le comportement de l'acide borique en solution aqueuse est modifié. On représente par HA la molécule constituée à partir de l'acide borique et du polyol. L'acide HA est un monoacide faible.

Données :

pKa1(H3O+/H2O) = 0,0 ; pKa2(H2O/HO-) = 14,0 ; pKa3(H3BO3/H2BO3-) = 9,2 ; pKa4(HA/A-) = 6,5.

Tous les résultats numériques seront exprimés sous la forme 10n (n étant un nombre réel).

Etude de l'acide borique et de l'acide HA :

  1. Ecrire l'équation-bilan de la réaction, notée réaction (1), entre l'acide borique H3BO3 et l'eau.
  2. Donner l'expression littérale de la constante de la réaction (1) et préciser sa valeur.
  3. Cette valeur justifie-t-elle le qualificatif d'acide faible pour l'acide borique ?
  4. L'acide HA est-il plus ou moins fort que l'acide borique ? Justifier brièvement.

Etude comparative des dosages :

  1. Ecrire l'équation-bilan de la réaction, notée réaction (2), entre une solution d'acide borique et une solution de soude.
    - Exprimer littéralement puis calculer la constante de cette réaction (2).
  2. Répondre aux mêmes questions pour l'acide HA.
  3. En utilisant une même solution de soude de concentration Cb, on réalise successivement les dosages pH-métriques :
    - d'un volume Va d'une solution aqueuse d'acide borique de concentration C0 ;
    - d'un même volume Va d'une solution aqueuse d'acide HA de même concentration C0.
    Les courbes obtenues pH = f(Vb) où Vb est le volume de soude versé, sont représentées sur la figure ci-dessous.

    - Pour chacune des courbes, identifier l'acide dosé. La réponse doit être justifiée par deux arguments.
    - Justifier qu'en présence de phénolphtaléine on peut doser l'acide HA mais pas l'acide borique. La zone de virage de la phénolphtaléine est comprise entre pH = 8,2 et pH = 10,0.
    - Justifier l'utilisation du polyol pour doser l'acide borique.

 

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corrigé
H3BO3 + H2O équilibre avec H2BO3- + H3O+

Kr1 = [H2BO3-][H3O+] / [H3BO3] = Ka2 = 10-9,2.

cette constante est très inférieure à 1 : la réaction ci-dessus est donc très limitée : l'acide borique est un acide faible.

A concentration égale, l'acide le plus fort possède le plus grand pKa : l'acide HA ( pKa = 6,5)est donc plus fort que l'acide borique. (pKa = 9,2)

H3BO3 + HO- donne H2BO3- + H2O

Kr2 = [H2BO3-] /( [H3BO3] [HO-])= [H2BO3-][H3O+] /( [H3BO3] [H3O+] [HO-])

Ka2 = 10-9,2 / 10-14 = 10 4,8.

cette constante est très grande : la réaction ci-dessus est donc totale.

dosages :

à concentration égale, l'acide le plus fort possède le pH le plus élevé.

courbe 1, le pH initial est de 4,5 ( acide HA)

courbe 2, le pH initial est de 5,5 ( acide borique)

à la demi-équivalence du dosage acide faible - base forte le pH est égal au pKa .

courbe 1 , pH= 6,5 pour Vb = ½V équi ( acide HA)

courbe 2 , pH= 9,2 pour Vb = ½V équi ( acide borique)

le pH de l'équivalence doit se trouver dans la zone de virage de l'indicateur coloré

courbe 1 : pH équi = 9 , valeur situé dans la zone de virage de la phénolphtaléine

courbe 2 :pH équi = 10,5 , valeur situé en dehors de la zone de virage de la phénolphtaléine.

par contre en présence du polyol , la molécule d'acide borique se comporte comme l'acide HA : son dosage par la méthode précédente devient alors possible.




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