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

A propos de l’acide formique ( Bac USA 2004) corrigé

Q1

Pour se défendre, les fourmis utilisent deux moyens : leurs mandibules et la production d’acide formique. Les mandibules servent a immobiliser l’ennemi tandis que l’acide formique brûle la victime. Une fourmi se sentant menacée se dresse sur ses deux pattes arrière et peut projeter sur l’ennemi un jet d’acide formique à plus de 30 cm grâce à son abdomen. L’acide formique (ou acide méthanoïque) soluble dans l’eau a pour formule semi-développée HCOOH. On se propose d’étudier quelques propriétés d’une solution aqueuse de cet acide.

Données :

- Masses molaires atomiques : M (C) = 12 g.mol^-1 ;

M (H) = 1 g.mol^-1 ; M(O) = 16 g.mol^-1

- Constante d’acidité à 25 °C :

K_A (HCOOH/HCOO^-) = 1,8 x 10^-4

- Conductivité molaire ionique à 25 °C (conditions de l’expérience) : l(H₃O⁺) = 35,0 x 10^-3 S.m².mol^-1 ;

l(HCOO^-) = 5,46 x 10^-3 S.m².mol^-1.

On rappelle l’expression de la conductivité s d’une solution en fonction des concentrations molaires des espèces ioniques X_i dissoutes :

a) Dans une fiole jaugée de volume V_o = 100 mL, on introduit une masse m d’acide formique puis on complète cette fiole avec de l’eau distillée jusqu’au trait de jauge puis on homogénéise. On dispose alors d’une solution d’acide formique de concentration molaire C_o = 0,01 mol.L^-1 ; Calculer sa masse m

b) Ecrire l’équation de la réaction associée à la transformation de l’acide formique en présence d’eau.

Q2

a) Etablir un tableau d’avancement correspondant à cette transformation chimique, en fonction de C_o, V_o, x_max et x_eq. On note x_eq l’avancement à l’état d’équilibre et x_max l’avancement de la réaction supposée totale.

b) Exprimer le taux d’avancement final t en fonction de la concentration en ions oxonium à l’équilibre [H₃O⁺]_eq et de C_o.

c) Donner l’expression du quotient de réaction à l’état d’équilibre Q_r,eq. Montrer que ce quotient peut s’écrire sous la forme :

Q3

a) Exprimer la conductivité de la solution d’acide formique à l’état d’équilibre en fonction des conductivités molaires ioniques des ions présents et de la concentration en ions oxonium à l’équilibre [H₃O⁺]_eq.

b) La mesure de la conductivité de la solution S_o donne s = 0,05 S.m^-1 à 25 °C. En utilisant les relations obtenues précédemment compléter le tableau ci-dessous.

Solution	So	S1
Ci(mol.L^-1)	0,010	0,10
s(S.m^-1)	0,050	0,17
[H3O^+]eq (mol.m^-3)		4,2
[H3O^+]eq (mol.L^-1)		4,2 x 10^-3
t(%)		4,2
Qreq		1,8 x 10^-4

c) Comparer la valeur expérimentale Q_r,eq avec la valeur de la constante K_A du couple HCOOH, HCOO^-.

Q4

On réalise la même étude, en utilisant une solution S₁ d’acide formique de concentration C₁ = 0,10 mol.L^-1. Les résultats obtenus sont indiqués dans le tableau ci-dessus. En déduire l’influence de la concentration de la solution sur :

a) le taux d’avancement de la réaction

b) le quotient de réaction dans l’état d’équilibre.