couples acide / base

1. couples acide / base Premier objectif : définir un acide et une base : Le bleu de bromothymol, ou BBT est un indicateur coloré pouvant exister sous deux formes, C27H28O5Br2S, notée InH et C27H27O5Br2S-, notée In-. Reconnaître chacune des deux formes d’après les formules proposées ci-dessous : L’une de ces formes est jaune, l’autre bleue.

2. Première situation expérimentale : H3O+(aq), Cl-(aq) (0,1 mol/L) InH + In- Un mélange de couleur verte est proposé aux élèves. Ce mélange contient, à parts égales, les deux formes InH et In- du bleu de Bromothymol (ce mélange peut être fait devant les élèves mais sa préparation est délicate). La question que nous nous posons est : quelle couleur attribuer à chacune des formes InH et In-. Des deux espèces ajoutées, H3O+ et Cl -, laquelle est responsable de la transformation observée ? Proposer une expérience pour le démontrer.

3. Deuxième situation expérimentale : Na+(aq), Cl-(aq) (0,1 mol/L) InH + In- InH + In- La deuxième proposition est inacceptable, l’ion H4O2+ étant inconnu dans l’eau. L’espèce InHest donc la forme de couleur jaune. Aucune transformation n’étant observée dans ce cas, on en conclut que l’ion H3O+ est à l’origine de la transformation précédente. Deux réactions peuvent a priori la modéliser : H3O+(aq)+ In-(aq) InH+ H2O et H3O+(aq)+ InH  In-(aq)+ H4O2+(aq)

4. Troisième situation expérimentale : Na+(aq)+ HO-(aq) (0,1 mol/L) InH + In- La première proposition est inacceptable, l’ion O2- étant inconnu dans l’eau. L’espèce In- est bien la forme de couleur bleue. La transformation ne peut être attribuée à l’ion Na+. On en conclut que l’ion HO- est à l’origine de la transformation observée. Deux réactions peuvent a priori la modéliser : HO-(aq)+ In-(aq) InH+ O2-(aq) et HO-(aq)+ InH  In-(aq)+ H2O

5. Nous venons de rencontrer des espèces chimiques qui ont la propriété de fixer ou de céder un proton H+. Citer les espèces rencontrées capables de céder un proton : nous les appellerons « espèces acides » : Ce sont InH et H3O+ Citer les espèces rencontrées capables de fixer un proton : nous les appellerons « espèces basiques » : Ce sont In- et HO- Écrivons formellement l’équation de cession d’un proton par une espèce acide : H3O+ = H2O + H+ et aussi InH = In- + H+ Écrivons formellement l’équation de capture d’un proton par une espèce basique : HO- + H+= H2O et aussi In- + H+ = InH

6. Deuxième objectif : définir un couple acide/base : Un couple acide/base est l’ensemble d’une espèce acide AH (ou AH+) et de l’espèce basique A- (ou A) qui lui est associée par l’équation formelle : AH = A- + H+ (ou AH+ = A + H+). On note un couple acide/base sous la forme AH/A- (ou AH+/A) Citer les couples acide/base rencontrés au cours des situations expérimentales : InH/In- ; H2O/HO- ; H3O+/H2O Troisième objectif : définir une réaction acide-base : Elle résulte de l’action de la forme acide d’un couple sur la forme basique d’un autre couple : H3O+(aq)+ Inaq-  InH+ H2O InH + HOaq-  Inaq- + H2O

7. Pas de doute, c’est de l’ammoniac NH3 !!! Quatrième objectif : déterminer le caractère acide ou basique d’une espèce inconnue : L’ammoniac est un gaz à odeur caractéristique (celle des bergeries) très soluble dans l’eau. Sa formule est NH3 et nous voulons savoir s’il a un comportement acide ou basique en solution aqueuse ! A la lecture de sa formule, quel est ton avis ? NH3 acide ou base ?

8. Quatrième situation expérimentale : NH3(aq) (0,1 mol/L) In- InH + In- Que conclure de cette expérience ? Écrire l’équation de la réaction traduisant la transformation observée : L’ammoniac a réagi comme une base : NH3(aq) + InH  In-(aq) + NH4+(aq) Écrire l’équation formelle d’échange de proton entre l’espèce acide et l’espèce basique du couple et symboliser le couple acide/base : NH4+ = NH3 + H+ ; le couple s’écrit : NH4+/ NH3

9. Cinquième situation expérimentale : Je connais cette odeur ! NH4+(aq)+ Cl-(aq) (0,5 mol/L) ??? Na+, OH- 0,1 mol/L À ton avis comment vérifier que NH4+ est une espèce acide ? Remarquer que la solution de chlorure d’ammonium n’a pas d’odeur ! Écrire l’équation de la réaction traduisant la transformation observée : OH-(aq) + NH4+(aq) NH3(aq) + H2O

10. Sixième situation expérimentale : Pas de doute, il n’y a plus d’ammoniac !! NH3 H3O+(aq), Cl -(aq) (excès) NH4+ NH4+ Imaginer maintenant une réaction acide-base entre l’ammoniac NH3 et l’ion H3O+de l’acide chlorhydrique : écrire son équation et réaliser l’expérience en se plaçant en excès d’ions H3O+. Comment peut-on vérifier que la transformation s’est réalisée conformément à la réaction proposée ? NH3(aq) + H3O+(aq) NH4+(aq)+ H2O

11. Préparation des solutions : La solution de BBT est préparée à partir de la forme solide acide : 5 milligrammes environ de BBT dans un peu d’alcool à 95° pour obtenir une solution orangée limpide (préparer 20 mL d’un mélange éthanol à 95° + 0,1 g de BBT dont on prélève 1 mL). Compléter à 1 litre avec de l’eau de Volvic de pH 7,0. La solution finale est verte. La solution de chlorure d’ammonium est préparée dans l’eau de Volvic de manière à atteindre pratiquement la saturation. La solution de chlorure de sodium ne doit pas être réalisée avec du sel de mer qui contient des ions autres que l’ion sodium et l’ion chlorure. La solution est également réalisée dans l’eau de Volvic.