REACTION ENTRE UNE SOLUTION D'ACIDE CHLORYDRIQUE

ET UNE SOLUTION D'HYDROXYDE DE SODIUM

ETUDE DE LA REACTION

L’acide chlorhydrique, de formule HCl contient des ions hydronium H₃O+ et des ions chlorure Cl^-, la solution d’hydroxyde de sodium de formule NaOH contient des ions hydroxydes HO^-et des ions sodium Na⁺. Les propriétés acides de l’acide chlorhydriques sont celles des ions hydroniums, les propriétés basiques des solutions d’hydroxyde de sodium sont celles des ions hydroxyde.

Lorsqu’on mélange l’acide chlorhydrique et l’hydroxyde de sodium,

-il y a une transformation chimique qui produit de la chaleur et de l’eau : la réaction est exothermique.

-la solution obtenue est neutre(pH=7).

-il y a formation du sel : le chlorure de sodium NaCl

Equation bilan de la réaction

La réaction se traduit par :

(H₃O⁺ + Cl^- ) + (Na⁺ + HO^-) → 2H₂O + Na⁺ + Cl^-

Les réactifs de la réaction acide base sont les ions hydroniums H₃O⁺ et les ions hydroxydes HO^-. Le produit de la réaction acide base est l’eau.

On a le bilan de la transformation chimique :

ion hydronium + ion hydroxyde → eau

On a l’équation-bilan de la réaction acide base :

H₃O⁺ + HO^- → 2H₂O

Les ions Na⁺ et Cl^- ne sont pas intervenus : ce sont des ions spectateurs.

L’équivalence acido-basique

On dit qu’on a obtenu l’équivalence acido-basique lorsque les réactifs sont mélangés dans des proportions stœchiométriques c.-à-d, ici, lorsque les quantités de matière d’ions hydronium et d’ions hydroxydes ont égales.

A l’équivalence : n_H3O+= n_HO_-

Pour mettre en évidence l’équivalence acido-basique, on utilise un indicateur coloré (IC).

Dans ce cas précis, le bleu de bromothymol vire du jaune au bleu.

DOSAGE ACIDO-BASIQUE

Effectuer un dosage c’est déterminer la concentration molaire d’une espèce dans une solution.

Principe d’un dosage acido-basique

Pour doser une solution acide, on utilise une solution basique titrée, c.-à-d. une solution basique de concentration Ca connue. Soient Vb le volume de la solution basique qu’il faut verser dans un volume Va de la solution acide pour atteindre l’équivalence et Ca la concentration de la solution acide à déterminer.

A l’équivalence : n_H3O+= n_HO_-

Or n_H3O+=CaVa et n_HO_- =CbVb => C_aV_a =C_bV_b

Remarques :

1.Cette formule n’est valable que dans les cas d’un monoacide et d’une monobase.

Dans le cas d’un polyacide ou d’une polybase, il faut tenir compte de la quantité de matière d’ions hydronium ou d’ions hydroxyde libérés par mole d’acide ou de base.

2.Pour doser une solution basique, on place cette solution dans l’erlenmeyer et on y verse une solution d’acide titrée contenue dans la burette.

Etude expérimentale :

On désire doser l’espèce à titrer A (HCL) par l’espèce titrante B(NaOH) :

Matériel : Burette graduée, bécher, agitateur magnétique, pH-mètre, IC

Procédure :

a. On introduit 20 cm³ d’acide chlorhydrique de concentration Ca inconnue + quelques gouttes de phénolphtaléine (IC).

b. On place dans une burette la solution de NaOH, de concentration connue Cb=0,1mol^-1, jusqu’à faire le plein de la burette.

c. On laisse couler la solution de soude jusqu’au virage de de l’indicateur de l’[H1] incolore au rouge violace, et on note le volume Vb de descente de la burette.

Dans la pratique, dans une première étape on verse la base cm³ par cm³ pour repérer grossièrement la zone de virage. On reprend la procédure et on verse d’abord cm³ par cm³, puis goutte à goutte lorsqu’on approche la zone de virage.

Si le volume versé est 22 cm³

On a : C_aV_a =C_bV_b => Ca= C_bV_b/Va=0,1x22/20=0,11 mol.l-1.

Evolution des quantités de matière lors du dosage

· Avant l’équivalence : le réactif en défaut est l’ion hydroxyde, le réactif en excès est l’ion H₃O⁺. L’ion hydroxyde est consommé au fur et à mesure qu’il est introduit. L’ion H₃O⁺ réagit partiellement avec l’ion hydroxyde, il en reste en solution.

Contenu du bécher : H₃O⁺, Cl- (ions présents au départ dans l’acide chlorhydrique, leur quantité reste constante puisqu’ils n’interviennent pas dans la réaction), Na⁺(apportés en même temps que les ions hydroxyde)

· A l’équivalence : les ions hydroxyde ont été introduits en égale quantité avec les ions H₃O⁺ : ces deux ions ont été complètement consommés, ils ne sont plus présents dans le milieu.

Contenu du bécher : Cl^-, Na⁺

· Après l’équivalence : On ajoute la solution d’hydroxyde de sodium. Les ions hydroxyde ne peuvent plus réagir avec l’ion H₃O⁺ qui n’est plus présent. Les ions hydroxyde et Na+ s’accumulent dans le milieu.

Contenu du bécher : Na⁺, HO^- , Cl^- .

EXERCICES

EXERCICE I :

1.Quel volume de chlorure d’hydrogène, mesuré dans les conditions ou le volume molaire vaut 24 l faut-il dissoudre dans l’eau pour obtenir 1l de solution de concentration 0,05 mol.l^-1.

2. Il faut verser 25 cm³ de cette solution dans 20 cm³ d’une solution d’hydroxyde de sodium pour atteindre l’équivalence acido-basique.

2.1-Calculer la concentration de la solution basique

2.2-Calculer la masse du chlorure de sodium obtenue en évaporant l’eau de la solution.

2.3-Calculer la masse de pastilles de soude nécessaires à la préparation de 100 cm³ de la solution basique

EXERCICE II :

1.On verse progressivement une solution d’hydroxyde de sodium de concentration 0,1 mol.l^-1, dans 20 cm³ d’acide chlorhydrique de concentration 0,1 mol.l^-1. Calculer le pH à 25 C, de la solution contenue dans l’erlenmeyer, après avoir ajouté successivement 1 ; 19 ; 19,9 et 20,1 cm³ de solution basique.

a-Quelle masse de cristaux d’hydroxyde de sodium faut-il dissoudre dans l’eau pour obtenir 1 l de solution de concentration 0,15 mol.l^-1 ?

b-Quel volume d’acide chlorhydrique, de concentration 0,2 mol.l^{-1 ,} faut-il pour réagir complètement sur 100 cm³ de la solution basique ?

c-Quelle est la masse du chlorure de sodium obtenu après évaporation de l’eau de la solution ?

EXERCICE III :

On dispose d’acide chlorhydrique concentré de concentraton12 mol^-1.

1.Quel volume d’acide concentré faut-il pour préparer :

-100 cm³ de solution à 0,2 mol.l^-1

-1000 cm3 de solution à 0,75 mol.l^-1 ?

2.Quel volume d’eau distillée faut-il ajouter à 100 cm³ de la solution à 0,2 mol.l^-1 pour avoir une solution de concentration 0,15 mol.l^-1?

3.Pour atteindre l’équivalence, il faut verser 15,7 cm³ de la solution précédente dans 20 cm³ d’une solution d’hydroxyde de sodium, de concentration inconnue.

3.1-Calculer la concentration des ions sodium dans la solution obtenue.

3.2-Determiner la quantité en mol de nitrate d’argent nécessaire pour précipiter tous les ions chlorure de la solution

CORRIGES

EXERCICE I :

1. Volume de chlorure d’hydrogène

Quantité de matière: n=CV=0,05x1=0,05 mol

n=V/Vm=>V=nVm=0,05x24=1,2 l //Le chlorure d’hydrogène est à l’état gazeux.

2.1-Calcul de la concentration de la solution basique

A l’équivalence, CaVa=CbVb =>Cb= CaVa/Vb=0,05x25/20=0.0625 mol.l-1.

2.2-Calcul de la masse du chlorure de sodium obtenue en évaporant l’eau de la solution.

HCl +NaOH→NaCl +H₂O

M(NaCl) =23+35,5=58,5

n(NaCl)=[Na+]xVb=0,0625x20.10^-3=1,25.10^-3 mol

n(NaCl)=m(NaCl)/M(NaCl) => m(NaCl)= n(NaCl)x M(NaCl) =1,25.10-3x58,5=7,3.10^-2 g

2.3-Calcul de la masse de pastilles de soude

n(NaOH) =m(NaOH) /M(NaOH) =>m(NaOH) =n(NaOH) xM(NaOH) =CbVbM(NaOH) =0,0625x0,1x40=0,25 g

EXERCICE II :

1.n_a=0,1x20.10-3=2.10-3 mol d’acide initial.

Vb=1 cm³

Nombre de moles de HO^- consommées : n_b= CbVb=0,1x1.10^-3 mol // L’ion hydroxyde est consommé au fur et à mesure qu’il est introduit. L’ion H₃O+ réagit partiellement avec l’ion hydroxyde, il en reste en solution.

Nombre de moles de H₃O+ restants : n_a=2.10^-3 -0,1.10^-3=1,9.10^-3mol

Soit une concentration Ca= n_a/Va+Vb =1,9.10^-3/21.10^-2=0.09047=> =>pH=-log0,0905=1 // pH=-logCa

Vb=19 cm³

Nombre de moles de HO^- consommées : n_b= CbVb=0,1x19.10-3=1,9.10-3 mol // L’ion hydroxyde est consommé au fur et à mesure qu’il est introduit. L’ion H₃O+ réagit partiellement avec l’ion hydroxyde, il en reste en solution

Nombre de moles de H₃O⁺ restants : n_a= 2.10^-3 -1,9.10^-3=0,1.10-3mol

Soit une concentration Ca= n_a/Va+Vb =0,1.10^-3/39.10^-3=0.00256=> =>pH=-log0,00256=2,6 // pH=-logCa

Vb=19,9 cm³

Nombre de moles de HO^- consommées (non consommées) : n_b= CbVb=0,1x19,9.10^-3=1,99.10^-3 mol// L’ion hydroxyde est consommé au fur et à mesure qu’il est introduit. L’ion H₃O+ réagit partiellement avec l’ion hydroxyde, il en reste en solution

Nombre de moles de H₃O⁺ restants : n_a= 2.10^-3 -1,99.10^-3=0,01.10^-3mol

Soit une concentration Ca= n_a/Va+Vb =0,01.10^-3/39,9.10^-3=0.0002506=> =>pH=-log0,000256=3,6 // pH=-logCa

Vb=20,1 cm³

Nombre de moles de HO^- apportées : n_b= CbVb=0,1x0,1.10^-3=0,01.10^-3 mol

// Après l’équivalence : On ajoute la solution d’hydroxyde de sodium. Les ions hydroxyde ne peuvent plus réagir avec l’ion H₃O⁺ qui n’est plus présent. Les ions hydroxyde s’accumulent dans le milieu.

Nombre de moles de H₃O⁺ restants : 0

Soit une concentration Cb=n_b/Va+Vb=0,01.10^-3/40,1.10^-3=0.00025=> =>pH=14+log0,00025=14-3,6=10,4. //pH=14+logCb

Remarque : On constate un saut de pH après l’équivalence (Vb=20 cm³).

a- Masse de cristaux d’hydroxyde de sodium

m=CbVM=0,15x1x40=6 g.

b- volume d’acide chlorhydrique

CaVa=CbVb =>Va= CbVb/Ca=0,15x0,1/0,2=75 cm³.

c- masse du chlorure de sodium obtenu

n(NaCl)=[Na+]xVb=0,15x0,1=0,015 mol

n(NaCl)=m(NaCl)/M(NaCl) => m(NaCl)= n(NaCl)x M(NaCl) =0,015x58,5=0,88 g.

EXERCICE III:

1. Volume d’acide concentre qu’il faut :

-100 cm³ de solution a 0,2 mol.l^-1

C₁V₁=C₂V₂ =>V₁= C₂V₂/C₁=0,2x100/12=1,7 cm³//on fait juste une dilution

-1000 cm3 de solution à 0,75 mol.l^-1

C₁V₁=C₂V₂ =>V₁= C₂V₂/C₁=0,75x1000/12=62,5 cm³

2. Volume d’eau distillée qu’il faut ajouter

C₁V₁=C₂(V₂+100) =>V₂+100= C₁V₁/C₂=0,2x100/0,15=133,33 cm³ => V₂=33,3 cm³.

3..

3.1-Calcul de la concentration des ions sodium dans la solution obtenue.

n_a=CaVa=0,15x15,7,10-3=2,355.10^-3 mol

n_a=nb < => nb= CbVb=2,355 =>Cb=2,355/35,7=0,066 mol.l-1

3.2-Quantité en mol de nitrate d’argent nécessaire pour précipiter tous les ions chlorure de la solution.

n_Cl^-=[Cl^-]xVa=0,15x15,7=2,355.10^-3 mol

Ag⁺ +Cl^- -→ AgCl

n_Ag+=n_Cl-=2,355.10^-3 mol=2,4.10^-3 mol //La réaction se fait mole a mole.

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