Home

Terminale

Physique-Chimie

Chimie

Modélisation des réactions acide-base

Dans cette vidéo, Matisse de Studio nous explique comment calculer le pH et la dilution d'une solution d'acide sulfurique de concentration 8,0 10-2 mol par litre, que nous avons besoin de diluer cinq fois pour préparer 200 millilitres d'acide dilué. Pour calculer le pH, il faut connaitre la formule standard pH = -log[H3O+]. En utilisant le tableau d'avancement, nous avons déterminé que la concentration de l'H3O+ dans la solution mère était 2C0, alors le pH est 0,8. En utilisant la formule du facteur de dilution, nous avons déterminé la concentration de l'H3O+ dans la solution fille, qui est C0/5, puisque nous avons dilué la solution cinq fois. Le pH de la solution fille est -log(C0/5), qui est 1,5, moins acide que la solution mère.

Bonjour à tous, c'est Matisse de studio. Dans cette vidéo, on va faire un petit exercice sur le pH et la dilution. Alors dans le cadre d'une expérience, on souhaite diluer cinq fois une solution d'acide sulfurique de concentration 8,0 10-2 mol par litre. Nous avons besoin de préparer 200 millilitres d'acide dilué et on nous indique que l'acide sulfurique réagit avec l'eau selon l'équation suivante 2 H2O plus H2SO4 donne 2 H3O+, plus SO4 de moins. Ok, donc comme d'habitude dans les ingénions de cible chimique, chaque mot est vraiment très important, il faut bien saisir l'information et la lecture est une première appréhension de l'exercice. Alors, première question, quel est le pH de la solution mère? Alors le pH, comment est-ce qu'on le calcule? Eh bien, il faut connaître ces formules, il ne faut pas tricher, en chimie, il n'y en a pas tant que ça à apprendre, mais par contre il faut les savoir sur le bout de la langue pour pouvoir facilement manipuler les grandeurs. Alors le pH, c'est quoi? On connaît sa définition standard, pH en fait c'est moins log de H3O+, la concentration de lion oxonium. Donc maintenant, il s'agit de déterminer cette concentration de l'oxonium dans la solution. D'ailleurs, petite parenthèse, pourquoi ça s'appelle pH? Pourquoi est-ce que c'est un petit p et un grand H d'ailleurs? Eh bien, parce que pH ça fait référence au potentiel hydrogène. En fait, l'hydrogène, ça correspond à lion H3O+, juste devant, puisque c'est exactement le même en solution aqueuse que H+. Et donc, petit p pour potentiel, H, grand H pour l'hydrogène. Ok, alors maintenant, il s'agit de déterminer la concentration. Alors là, il faut avoir un réflexe qui devient vraiment très très important en chimie. Il faut savoir qu'est-ce qu'on cherche au fond. On cherche à calculer précisément une concentration. Mais par contre, attention, il ne s'agit pas d'un titrage. Là, il peut y avoir, comme on le verra dans un chapitre approprié, des petits raccourcis. Là, ce n'est pas un titrage, donc il faut appliquer le tableau d'avancement. C'est toujours la même chose, donc on se précipite sur le tableau d'avancement. Alors, en effet, lorsque l'on considère cette réaction juste ici, elle fait intervenir la concentration des lions H3O+. Donc, on se base là-dessus. En faisant le tableau d'avancement de cette réaction, bien, l'eau, bien sûr, c'est le solvant, donc il n'y a pas de variation de matière significative. Pour l'état initial en H2SO4, on part de C0, on donne un nom, vu qu'il n'y a pas de nom qui a été donné, donc on donne un nom. Qui est bien sûr de 810-2 mol par litre. Et puis, on commence sans proton et sans SO4 de moins. Ensuite, à l'état final, vu que la réaction totale, et bien, on a totalement, si on avait mis un C0-X, 2X et X, bien, on aurait déterminé que X était totalement égal à C0, vu que c'est l'avancement maximal. Donc, finalement, on se retrouve avec, on n'a plus de H2SO4, on a 2C0 de H3O+, et on a C0 de SO4 de moins. Alors maintenant, c'est quoi la concentration en ion H3O+, et bien, c'est 2X C0, d'après l'avancement juste ici. À l'état final, la concentration, vu que c'est un tableau d'avancement en concentration, et bien, la concentration en H3O+, on regarde la colonne, c'est 2C0. En effet, vu que pour une molécule de H2SO4, on produit deux protons, et bien, on a effectivement deux fois plus de protons à la fin que l'on avait de H2SO4 au début. Donc c'est bon, la concentration en H3O+, et maintenant le pH s'en déduit, c'est moins log de 2C0, et on prend sa calculatrice pour calculer le pH, c'est 0,8. Très bien. Maintenant, quelle vairie est nécessaire pour effectuer une telle dilution? Alors là, il faut apprendre de la même manière, il faut apprendre en même temps, c'est très pratique de retenir un peu la démarche. Si on a le protocole en tête, on peut se soutenir du matériel qu'il faut envisager, et pour ça, en TP, prenez bien le temps en TP de mémoriser, ça prend pas beaucoup de place dans le cerveau, mais ça aide beaucoup, puisque ça tombe quasiment à chaque fois au bac. Alors, le matériel pour une dilution, je vais afficher les petites images pour qu'on se repère bien par rapport au TP, il faut avoir une pipette jaugée équipée de sa pro-pipette, vous vous souvenez, la pro-pipette c'est le truc rouge qu'on peut gonfler et dégonfler, et la pipette jaugée c'est ce qui vient prélever dans la solution mère la partie de l'échantillon qu'on souhaite diluer. Ensuite, on va verser ça dans une fiole jaugée, juste ici, une fiole jaugée, voilà, c'est cette forme en poire avec le trait de jauge qui est ici, on vient verser le petit extrait de solution mère dans la fiole jaugée, et puis on remplit avec de l'eau distillée jusqu'à voir le bas du mélisque qui touche le trait de jauge. Et donc à ce moment là, on n'a plus qu'à agiter, et puis ça y est, on a effectué notre dilution. Alors des fois, il faut s'y prendre à deux ou trois reprises avant de compléter jusqu'au trait de jauge. Voilà, donc je vous ai rappelé le protocole en même temps, ça mange pas de pain, mais ici la réponse à cette question, c'était l'ensemble du matériel. Maintenant, déterminer la concentration en H3O+, de la solution diluée. Alors on a déterminé celle de la solution mère, alors une fois qu'on l'a diluée, on sait qu'on l'a diluée de cinq fois. Donc déjà intuitivement on peut raisonner, mais c'est mieux quand même, vu qu'on est en chimie, de raisonner sur les formules. Et pour calculer des concentrations ou des volumes pour la dilution, il n'y a pas vraiment... enfin c'est toujours la même chose, il faut se baser sur l'expression du facteur de dilution. Donc ça c'est très important, il faut le connaître, et on l'utilise à chaque fois. Donc pour calculer les concentrations en dilution, et bien le facteur de dilution c'est quoi? C'est la concentration de la mère sur la concentration de la fille, donc bien sûr on vient prélever dans une solution mère, c'est ça la définition, et puis pour fabriquer, souvent une plus grosse, très très souvent une plus grosse solution fille. Donc c'est la concentration de la mère sur la concentration de la fille, et c'est aussi égal, attention, en inverse, c'est le volume de la fille sur le volume de la mère, c'est à dire le volume total que l'on préparera à la fin, le volume du grand bécher, divisé par le petit volume que l'on a extrait avec notre propipette, avec notre pipette jaugée. Alors comment est-ce qu'on fait pour retenir ça? Lequel? Ah mince, je me souviens plus, lequel est au-dessus, lequel est en dessous? Et bien le facteur de dilution, ça correspond en fait exactement à ce qu'on dit communément comme voilà, on souhaite diluer 5 fois. Donc si on souhaite diluer par exemple 10 fois, le facteur de dilution c'est 10. Diluer 5 fois, le facteur de dilution c'est 5. Ok, alors maintenant lequel est au-dessus, lequel est en dessous? Et bien on sait que ça c'est 5, et qu'est-ce qui est plus grand entre la concentration de la mère et la concentration de la fille? Si on souhaite diluer la solution, c'est à dire que la concentration à la fin, elle sera plus faible que la concentration au début. Donc c'est la concentration de la mère qui est supérieure à la concentration de la fille, donc c'est bien la mère qui est au-dessus de la fille pour la concentration. Maintenant si on fait le même raisonnement pour le volume, et bien ça va être quoi au final les plus grands volumes que l'on va préparer? Et bien c'est le volume de la fille qui est bien plus grand que le petit volume qu'on vient prélever à la pipette. Donc le volume de la fille est bien plus grand et est au-dessus du volume de la mère dans le rappel. Donc voilà, c'était la méthode pour retenir le petit facteur de dilution. Et maintenant, nous on souhaite déterminer la concentration de H3O plus dans la solution fille, donc à partir de cette relation, c'est la concentration dans la mère divisé par le facteur de dilution. On fait l'application numérique, bien sûr à part, attention à ne pas mélanger littéral et numérique, et on trouve que la concentration de H3O plus dans la solution fille c'est 3,2 x 10-2 mol par litre. Dernière question, quel est alors le pH de la solution diluée? Et bien c'est très simple, on a cette relation juste ici, qui lie le pH à la concentration de H3O plus, on vient de déterminer cette concentration, donc on n'a plus qu'à relier pour le pH. Donc pour vous souvenir, si on fait les petites opérations, si on ne se souvient plus de l'autre formule, et bien ici on passe le moins de l'autre côté, et puis le log c'est quoi? C'est en fait la réciproque de 10 à la puissance quelque chose. Donc pour enlever le log, on passe à la puissance 10. Donc au final, pH, ah oui, ici c'était directement moins log de la concentration, je faisais dans le cas où on souhaitait calculer la concentration en H3O plus, et bien c'est égal à 10 puissance moins pH. Donc finalement, le pH de la fille est égal à 1,5. Donc pour comparer, effectivement on a dilué la solution vu qu'on se retrouve avec moins de dion oxynium qu'au début, ce qui fait que la solution est forcément moins acide. Ici on partait d'un pH de 0,8 et on arrive à un pH de 1,5. Bon ça reste des pH très acides, mais ça l'est moins. Donc voilà, c'est la fin de cet exercice très complet qui balaie le raisonnement sur le tableau d'avancement qui est très important à prendre en compte. C'est lorsque l'on peut faire un calcul précis de concentration ou de quantité de matière, et que ce n'est pas un titrage, attention, puisque si c'est un titrage on peut aller bien plus vite que ça. Ensuite, l'expression du facteur de dilution et sa manipulation est bien à maîtriser, et puis à partir de là, tout roule. Merci beaucoup d'avoir suivi cette vidéo et puis je vous dis à bientôt!

pH et dilution

RELATED

Recommended videos

L'acide palmitique

Eau minérale