Chapitre 5 : constante d’acidité d’un couple acide base

Quelques propriétés de l'acide salicylique (Amérique du Nord 2003 ) corrigé

 

L'acide salycilique est utilisé dans la synthèse de l'aspirine ; l'acide benzoïque est un conservateur alimentaire. On se propose à partir de mesures conductimétriques de comparer les acidités de l'acide salicylique et de l'acide benzoïque.

Q1

Etude théorique : On dispose d'un volume V d'une solution aqueuse d'un acide HA de concentration c. La transformation mettant en jeu la réaction de l’acide HA avec l’eau n’est pas totale.

a) Ecrire l’équation de la réaction de HA avec l’eau

 

b) Dresser le tableau d'avancement du système. Exprimer les concentrations des espèces présentes à l'équilibre en fonction de c et de la concentration en ion oxonium [H3O+]éq.

 

c) En déduire l'expression du quotient de réaction Qr,éq en fonction de [H3O+]éq. et c.

 

Q2

L'étude de la solution à l'équilibre est effectuée par conductimétrie. Exprimer la conductivité s de la solution HA à l'équilibre en fonction de [H3O+]éq et des conductivités molaires ioniques l des ions présents.

 

Q3

Etude expérimentale : conductivités molaires ioniques à 25°C en S m² mol-1.
l1= l ( ion oxonium) = 35 10-3 ; l2= l (ion salicylate)= 3,62 10-3.pKa (acide salicylique / ion salicylate) = 3 ; pKa( acide benzoïque/ ion benzoate) = 4,2.
On dispose du matériel suivant : bêchers de 50, 10 et 250 mL ; éprouvettes graduées de 10, 20, 50 et 100 mL ; fioles jaugées de 50, 100 et 250 mL; pipettes graduées de 10 mL à + ou - 0,1 mL; pipette jaugée de 10 mL à + ou - 0,05 mL; pipeteur.
On veut préparer une solution S de l'acide HA de concentration c= 10-3 mol/L à partir d'une solution mère So de concentration 10-2 mol.L-1. Comment procède t-on ? Nommer la verrerie utilisée.

 

Q4

Mesures de conductivité : on a effectué un ensemble de mesures de conductivité s pour des solutions d'acide salicylique et d'acide benzoïque de diverses concentrations à 25°C.

 

c(mol/L)

s

(S.m-1)

[H3O+]éq mol/L

Qr,éq

-logQr,éq

ac. salicylique

10-3

2,36x10-2

6,11x10-4

9,6 10-4

3,01

ac. salicylique

5 .10-3

7,18x10-2

 

 

 

ac. salicylique

10.10-3

10,1x 10-2

2,62x10-3

9,3x 10-4

3,03

ac. benzoïque

10-3

0,86 x10-2

2,25x10-4

6,53x10-5

4,19

ac. benzoïque

5 .10-3

2,03 x10-2

5,31x 10-4

6,31x10-5

4,2

ac. benzoïque

10.10-3

2,86x10-2

7,47x 10-4

6,03x10-5

4,22

 

a) Compléter le tableau. Présenter les calculs sous forme littérale avant d'effectuer les applications numériques.

 

b) A partir de valeurs de [H3O+]éq comparer le comportement à concentration égale de l'acide salicylique et de l'acide benzoïque en solution dans l'eau.

 

c) Donner la définition de la constante d'acidité Ka. Expliquer comment les résultats de cette étude expérimentale permettent de retrouver les valeurs respectives des pKa des deux acides.