Variation du pH : acide fort et base forte
Objectifs
À la fin de ce chapitre, vous saurez :
• montrer que la réaction entre un acide fort et une base forte est totale ;
• décrire et interpréter la courbe pH = f(VB) lors de l'ajout d'une base forte à un acide fort ;
• déterminer le point d'équivalence par la méthode des tangentes ;
• en déduire la concentration d'une solution : c'est un dosage.
Prérequis : pH des solutions d'acide fort et de base forte, tableau d'avancement.
Situation de départ
Un détartrant pour cafetière contient de l'acide chlorhydrique. Comment vérifier la concentration indiquée sur l'étiquette, en utilisant une solution de soude de concentration connue ?
I. Une réaction totale
On mélange 20,0 mL d'acide nitrique à 1,0.10-2 mol.L-1 (2,0.10-4 mol d'ions H3O+) et 10,0 mL de potasse à 1,0.10-2 mol.L-1 (1,0.10-4 mol d'ions OH-) : H3O+ + OH- 2 H2O. Les ions OH- sont limitants : xmax = 1,0.10-4 mol.
Le pH mesuré vaut 2,5 : [H3O+] = 3,2.10-3 mol.L-1, donc [OH-] = Ke/[H3O+] = 3,2.10-12 mol.L-1. Dans 30 mL, il reste 9,5.10-14 mol d'ions OH- : xf = xmax, et τf = 1.
La constante de la réaction H3O+ + OH- 2 H2O vaut K = 1/Ke = 1014 à 25 °C : la réaction entre un acide fort et une base forte est totale ; elle est aussi rapide. C'est une bonne réaction de dosage.
II. La courbe pH = f(VB)
On prélève à la pipette un volume VA d'acide chlorhydrique, on y plonge la sonde d'un pH-mètre étalonné et on agite. On verse progressivement, à la burette, une solution de soude de concentration CB connue (la solution titrante), et on relève le pH après chaque ajout, en réduisant les ajouts quand le pH commence à varier vite.
La courbe pH = f(VB) présente trois parties :
Trois parties
- avant l'équivalence, le pH augmente lentement : l'acide est en excès, les ions OH- versés sont le réactif limitant ;
- autour de l'équivalence, un saut de pH brusque (pour CA = CB = 1,0.10-2 mol.L-1, le pH passe de 3,6 à 10,4 quand VB passe de 19 à 21 mL) ;
- après l'équivalence, le pH augmente à nouveau lentement et tend vers celui de la soude : la base est en excès, les ions H3O+ sont limitants.
Le point d'équivalence
Équivalence
- à l'équivalence, les réactifs ont été mélangés dans les proportions stœchiométriques : CA.VA = CB.VBE ;
- on détermine E par la méthode des tangentes : deux tangentes parallèles de part et d'autre du saut, puis la parallèle équidistante, qui coupe la courbe en E ;
- pHE = 7 à 25 °C : la solution ne contient que des ions spectateurs (Na+, Cl-), elle est neutre.
20,0 mL d'une solution d'acide nitrique sont dosés par la soude à 5,0.10-2 mol.L-1 ; VBE = 12,4 mL. Donc CA = 5,0.10-2 x 12,4/20,0 = 3,1.10-2 mol.L-1.
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