Détermination d’une enthalpie de réaction

TP 1 – Dosage calorimétrique – Détermination d’une enthalpie de réaction

Une réaction acido-basique ou réaction acide-base est une réaction chimique au cours de laquelle un corps chimique ou entité dite acide réagit avec une entité dite basique et nommée base.

Définition des acides et des bases :

Un acide est une espèce chimique capable de céder un proton H+.

Une base est une espèce chimique capable de capter un proton H+.

On peut écrire symboliquement : Acide → H+ + Base

La réaction acide-base : CH3COOH + H2O → CH3COO- + H3O+

peut être décomposé en deux demi-équations :

CH3COOH → H+ + CH3COO- (1)

H2O + H+ → H3O+ (2)

L'équation (1) montre que l'acide éthanoïque se transforme en ion éthanoate en cédant un ion H+.

L'équation (2) montre que l'eau se transforme en ion H3O+ en captant un ion OH -.

Ceci nous permet de mettre en évidence que la réaction entre l'acide éthanoïque et l'eau est celle d'un acide avec une base ; elle correspond à un transfert d'ions H+.

Ce résultat se généralise à toutes les réactions entre acide et base.

A – Dosage d’un acide faible (CH3COOH) par une base forte (NaON).

L’équation de la réaction de dosage : CH3COOH + OH- → CH3COO- + H2O

montre, qu’à l’équivalence, la quantité de matière d’ions OH– ajoutés est égale à la quantité de matière d’acide initial. On écrit :

N acide initial = N soude ajoutée à l'équivalence E

Ca * Va = Cb * VbE

Le but de ce TP est de montrer que les réactions acido-basiques ont le caractère exothermique, à travers l’exemple de réaction entre l’acide faible CH3COOH et la soude forte NaOH.

Pour ce fait, on a dosé la solution d’un acide faible par une solution titrée d’hydroxyde de soude en fixant le changement de la température. L’augmentation de la température doit s’arrêter après le point d’équivalence.

1. Préparation des solutions à doser :

La concentration de CH3COOH est inconnue. [NaOH] = 1 M.

Dans le calorimètre on place 90 mL d’eau déminéralisée et 10 mL de solution d’acide acétique.

1. Les valeurs mesurées de température T (°C) en fonction du volume de solution titrante ajoutée (VNaOH, mL) :

1. Le graphe T = f(VNaOH)

[pic 1]

1. Détermination de l’équivalence.

Après 4 mL de solution titrante la température amorce un palier. Donc tous les protons de l’acide ont réagi avec OH- de la soude. On peut conclure à partir du tracée de la température en fonction du volume de soude ajoutée, que Ve = 4ml.

1. Calcul de la Normalité et la Molarité de la solution d’acide acétique.

Dans le cas d’une solution acide, la Normalité de cette solution représente le nombre de moles d’équivalents H+, contenus dans un litre de solution. La Normalité, c'est la concentration en espèces qui réagissent. Dans une réaction acide-base c'est les H+. Normalité = concentration en H+. [H+] =  avec  Ka: constante de dissociation de de CH3COOH , qui est égale à  1.75*10-5 M.[pic 2]

En appliquant la formule Ca * Va = Cb * VbE on a obtenu:

[AH] = Ca = (Cb * VbE ) / Va = (1 M * 4 mL) / 100 mL = 0,04 M

 Or la solution à disposition est  diluée au 1 : 10. Donc la concentration de la solution mère égale 0,4 M = la Molarité de la solution.

 Maintenant on a toutes les données pour calculer la Normalité.

La Normalité = [H+] =  = 2,65 * 10-3 M.[pic 3]

1. Calcul de l’enthalpie molaire ∆rH.

La capacité calorifique massique à pression constante : Cp = 4,184 J.g-1 .K-1

La masse volumique : ρ = 1 g.mL-1.

La quantité de chaleur libérée lors de cette réaction exothermique est donc Q avec  Q = - m*Cp*ΔT où « m » est la masse de solution contenue dans le calorimètre à un instant t donné.

Or, les solutions aqueuses sont faiblement concentrées, donc : m = ρ*V, avec V étant le volume total de solution à l’instant t considéré. A l’équivalence, point où se détermine la chaleur de réaction, V = Vi + Ve , avec : Vi = volume initial de solution, et Ve = volume de soude ajouté à l’équivalence.

A l’équivalence : Q = - ρ*(Vi + Ve)*Cp*ΔT , soit la quantité de chaleur libérée lors du dosage de l’acide par de n moles de base, la chaleur molaire de cette réaction est donc ΔrH telle que : ΔrH = Q/n, avec : n est  le nombre de moles de soude ajoutée à l’équivalence, soit : n = [NaOH]*Ve. L’expression de la chaleur molaire de réaction devient donc :

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