Des expériences de la famille acide-base
Comment réussir, exploiter et commenter 40 manipulations de chimie
Danielle Cachau-Herreillat
De Boeck Université
PréfaceV
Avant-proposIX
AvertissementXI
Table des matièresXIII
Préliminaires, choisir une expérienceXVII
A Montages de chimie aux épreuves orales d'admission aux concours de recrutementXVIII
1 Montages de chimie au CAPES (option Physique-Chimie)XVIII
2 Montages de chimie au CAPESA (option Physique-Chimie)XIX
3 Les sujets de la «leçon de chimie» à l'agrégation de sciences physiques (option Physique)XX
B Un sujet de CAPES ... Quelles manipulations ?XXII
Chapitre 1 Notion d'acide et de base, les savoirs1
1. 1 Définitions des acides et des bases3
1. 2 Les trois grands modèles des acides et des bases5
1. 3 L'histoire des acides et des bases6
1. 4 Couple et réaction acide-base7
1. 5 Force des acides et des bases en solution dans un solvant protique HSigma8
1. 6 Potentiel hydrogène, pH13
1. 7 Fonctions d'acidité de Hammett16
1. 8 Polyacides, polybases18
1. 9 Solutions commerciales d'acides et de bases19
Chapitre 2 Chimie des solutions, les savoir-faire21
2 A Une tâche... Quel outil ? ... Comment faire ?23
2 A. 1 Appeler un chat... un chat25
2 A. 2 Choisir ses instruments de travail26
2 A. 3 Maîtriser la précision28
2 A. 4 Connaître les gestes du chimiste30
2 A. 5 «Rincer» ou «Ne pas rincer»... ? Telle est la question...32
2 A. 6 «Pourquoi sécher»... ? Deuxième question...33
2 A. 7 Connaître les réactifs usuels34
2 A. 8 Préparer une solution aqueuse35
2 A. 9 Préparer une solution étalon36
2 A. 10 Réaliser un dosage38
2 A. 11 Utiliser un spectrophotomètre42
2 A. 12 Penser «Sécurité»44
2 B Les outils de la famille Acide-Base49
2 B. 1 Utiliser un pH-mètre50
2 B. 2 Utiliser une électrode de référence51
2 B. 3 Utiliser une électrode de verre54
2 B. 4 Réaliser un dosage pH-métrique56
2 B. 5 Choisir un indicateur coloré57
2 B. 6 Fabriquer une solution tampon de pH58
2 B. 7 Réaliser un dosage conductimétrique61
Chapitre 3 Une sélection de manipulations65
3 A Matériel de base66
3 B Prérequis, étalonnage de solutions de référence67
3 B. 1 Etalonnage d'une solution d'hydroxyde de sodium par une solution d'acide oxalique68
3 B. 2 Etalonnage d'une solution de chlorure d'hydrogène par une solution de carbonate de sodium (pH-métrie)71
3 C Réactions qualitatives Vecteur notions d'acide, de base, de force, d'équilibre acido -basique, d'indicateur coloré76
3 C. 1 Action du chlorure d'hydrogène sur l'ammoniac (fabrication de fumées)77
3 C. 2 Action de la soude sur les ions Cu2+, Fe2+, Fe3+, Zn2+, Al3+ (fabrication d'hydroxydes métalliques)80
3 C. 3 Action d'une solution de chlorure d'hydrogène sur un oxyde basique, l'oxyde de cuivre(II), CuO (changements de couleurs)82
3 C. 4 Action d'une solution de chlorure d'hydrogène sur un sel d'acide faible, le carbonate de calcium, CaCO3, (dégagement gazeux)85
3 C. 5 Action d'une solution de chlorure d'hydrogène sur un sel d'acide faible, le sulfure de fer(II), FeS, (dégagement gazeux)88
3 C. 6 Comparaison de la force de deux acides : action de HCI(aq) et CH3COOH(aq) sur Mg90
3 C. 7 Comparaison de la force de différentes bases vis-à-vis d'un même acide selon le principe «HSAB» : changements d'aspects92
3 C. 8 Utilisation d'indicateurs colorés comme «encres sympathiques»96
3 C. 9 Utilisation d'indicateurs colorés comme «contradicteurs de couleurs»98
3 C. 10 Influence de la température sur l'équilibre d'amphotérisation de l'ion hydrogénocarbonate HCO3-100
3 C. 11 Séparation par extraction de composés acide (PhCO2H), basique (PhNH2) et neutre (PhCOCH3)102
3 D Détermination de grandeurs thermodynamiques Vecteur notions de pKA, de pKS, de zone de virage, d'activité, de catalyse108
3 D. 1 Détermination de l'enthalpie de la réaction : H+(aq) + HO-(aq) Vecteur H2O (calorimétrie)109
3 D. 2 Détermination du pKI de deux indicateurs colorés (BBT et VBC, spectrophotométrie)112
3 D. 3 Détermination du pKA du couple acide acétique/ion acétate (pH-métrie)117
3 D. 4 Détermination du produit de solubilité de l'hydroxyde de baryum (conductimétrie)121
3 D. 5 Détermination de la zone de virage d'un indicateur préparé par infusion de feuilles de choux rouge127
3 D. 6 Hydrolyse de l'acétate (éthanoate) d'éthyle, avec et sans catalyse130
3 E Solutions tampons de pH Vecteur notions de solution tampon, de pouvoir tampon132
3 E. 1 Etude du tampon acide benzoïque/benzoate de sodium133
3 E. 2 Etude du tampon HCO3-/CO32- et du pseudo-tampon HCO3-137
3 F Quelques dosages Vecteur dosages «académiques»140
3 F. 1 Dosage en retour du benzoate d'éthyle141
3 F. 2 Dosage de l'acide phosphorique (calorimétrie)144
3 F. 3 Dosage d'acides en milieu acétique : rôle du solvant sur la force d'un acide (calorimétrie)148
3 F. 4 Dosage d'un mélange d'acides par une base forte ou par une base faible154
3 F. 5 Dosage de l'acide borique en absence et en présence de D-mannitol Vecteur dosages de produits de la vie courante161
3 F. 6 Dosage d'une solution d'acide aspartique (pH-métrie et conductimétrie)167
3 F. 7 Dosage en retour de l'aspirine dans un comprimé (pH-métrie)171
3 F. 8 Dosage direct de l'aspirine dans un comprimé (pH-métrie)174
3 F. 9 Dosage de la vitamine C dans un comprimé (pH-métrie)177
3 F. 10 Dosage de l'acide acétique dans un vinaigre (pH-métrie et conductimétrie)181
3 F. 11 Mesure de l'acidité totale d'un vin (pH-métrie)184
3 F. 12 Mesure de l'acidité volatile d'un vin (colorimétrie)188
3 F. 13 Dosage de l'acide citrique dans un citron (pH-métrie)191
3 F. 14 Mesure de l'acidité d'une boisson au cola (pH-métrie)195
3 F. 15 Dosage de l'acide lactique dans le lait : lait frais et lactosérum du lait caillé199
3 F. 16 Dosage du carbonate de sodium dans une lessive (pH-métrie et conductimétrie)203
3 F. 17 Dosage de l'acide d'un détartrant pour cafetière (pH-métrie)208
3 F. 18 Mesure de la basicité du DesTop® (conductimétrie)211
3 F. 19 Dosage de l'ammoniac du DesTop® (méthode de Ronchese)216
Chapitre 4 L'outil informatique... Comment faire ?221
4. 1 Simulation de courbes à l'aide du logiciel Simultit®222
4. 2 Acquisition par l'intermédiaire d'une seule interface RS232 et de Regressi-RS232®224
4. 3 Acquisition par l'intermédiaire de deux interfaces RS232 et de SynchroChim®226
4. 4 Traitement informatisé des données à l'aide du logiciel Regressi®228
4. 5 Traitement informatisé des données à l'aide du logiciel Excel®236
4. 6 Mode de communication appareil - ordinateur à travers l'interface RS232240
Annexes241
1 Solutions commerciales courantes241
2 Quelques substances étalons en acidimétrie241
3 Indicateurs colorés242
4 pKA relatifs à quelques acides minéraux (à 298 K, / = 0)243
5 pKA relatifs à quelques acides organiques (à 298 K, / = 0)244
6 pKA relatifs à quelques acides Alpha-aminés245
7 Préparation de solutions tampons de pH246
8 Conductivités équivalentes de quelques ions en mS•m2•mol-1248
9 Solutions pour l'étalonnage d'un conductimètre248
10 Valeur de quelques produits de solubilité (à 298 K, sous 1,013 105 Pa)249
11 Constantes de stabilité de quelques complexes250
12 Quelques additifs industriels251
13 Eléments de colorimétrie252
14 Quelques molécules du domaine de la biochimie253
15 Formules de quelques indicateurs colorés255
16 Sécurité : nature des risques (phrases R) et conseils de sécurité (phrases S)257
Bibliographie265
Glossaire269
Index275