Voici le corrigé du TP sur le pH : résultats types, courbes pH = f(−log c) pour l’acide chlorhydrique et l’acide éthanoïque, réponses détaillées et compte rendu modèle. Tes valeurs peuvent différer légèrement selon les solutions préparées.
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Résultats types du corrigé TP sur le pH
| c (mol/L) | − log c | pH acide chlorhydrique | pH acide éthanoïque | [H3O+] éthanoïque (mol/L) | τ éthanoïque (%) |
|---|---|---|---|---|---|
| 1,0 × 10−2 | 2,0 | 2,02 | 3,40 | 4,0 × 10−4 | 4,0 |
| 1,0 × 10−3 | 3,0 | 3,01 | 3,91 | 1,2 × 10−4 | 12 |
| 1,0 × 10−4 | 4,0 | 4,00 | 4,46 | 3,5 × 10−5 | 35 |
| 1,0 × 10−5 | 5,0 | 5,03 | 5,14 | 7,2 × 10−6 | 72 |
Réponses aux questions
- La mesure de pH repose sur une tension entre électrodes, qui varie avec l’état de l’électrode et la température. L’étalonnage avec deux tampons (4,00 et 7,00) encadrant les valeurs attendues (pH entre 2 et 5) rétablit la relation tension-pH.
- HCl + H2O → Cl− + H3O+ (totale) et CH3COOH + H2O ⇌ CH3COO− + H3O+ (limitée).
- Les pH mesurés (2,02 ; 3,01 ; 4,00 ; 5,03) sont égaux à −log c à 0,03 près : [H3O+] = c, la réaction est totale : acide fort.
- [H3O+] = 10−pH et τ = [H3O+] ÷ c : 4,0 % ; 12 % ; 35 % ; 72 % (voir le tableau).
- HCl : coefficient directeur (5,03 − 2,02) ÷ (5 − 2) ≈ 1,00. Acide éthanoïque : (5,14 − 3,40) ÷ 3 ≈ 0,58 (environ 0,5 sur la plage 2 à 4 : (4,46 − 3,40) ÷ 2 = 0,53).
- Quand on dilue l’acide éthanoïque, le pH augmente moins que 1 unité par facteur 10 (0,5 en moyenne) et τ augmente (de 4 % à 72 %) : un acide faible réagit d’autant plus avec l’eau qu’il est dilué. Un acide fort reste toujours à τ = 100 %.
- À 1,0 × 10−5 mol/L, les ions H3O+ apportés par l’eau distillée (CO2 dissous) et par l’autoprotolyse deviennent non négligeables (le pH mesuré 5,03 est supérieur à la valeur 5,00 de 0,03) et l’électrode se stabilise plus lentement. On rince l’électrode pour ne pas contaminer la solution suivante par la précédente.
Conclusion et compte rendu modèle
Nous avons étalonné un pH-mètre puis mesuré le pH de solutions d’acide chlorhydrique et d’acide éthanoïque de concentrations 1,0 × 10−2 à 1,0 × 10−5 mol/L, préparées par dilutions successives de facteur 10. Pour l’acide chlorhydrique, le pH est égal à −log c (2,02 ; 3,01 ; 4,00 ; 5,03) et la courbe pH = f(−log c) est une droite de coefficient directeur 1,00 : la réaction avec l’eau est totale, c’est un acide fort. Pour l’acide éthanoïque, le pH est plus élevé (3,40 ; 3,91 ; 4,46 ; 5,14) et la pente est d’environ 0,5 : la concentration en ions oxonium est inférieure à c et le taux d’avancement final τ est de 4,0 % pour c = 1,0 × 10−2 mol/L, puis augmente avec la dilution jusqu’à 72 % : c’est un acide faible, dont la réaction avec l’eau est limitée. Les écarts viennent des incertitudes du pH-mètre (± 0,05, soit 12 % sur [H3O+]), de la précision des dilutions et, pour la solution la plus diluée, de l’acidité propre de l’eau.
Erreurs fréquentes en TP
- Oublier d’étalonner le pH-mètre ou le faire avec des tampons qui n’encadrent pas les mesures.
- Lire le pH avant stabilisation de l’affichage.
- Ne pas rincer l’électrode (ou la frotter) entre deux solutions.
- Verser l’eau au-dessus du trait de jauge ou ne pas homogénéiser la fiole après dilution.
- Confondre c et [H3O+] pour l’acide éthanoïque.
- Laisser sécher l’électrode ou utiliser une pipette à la bouche.