Prise en main

Ce simulateur permet de déterminer le pH de solutions aqueuses et de réaliser des titrages acido-basiques (à 25°C).

1. Solution dans le bécher

L’onglet « Dans le bécher » est sélectionné à l’ouverture du simulateur.

• Choisir la nature acide ou basique de la solution du bécher, puis le soluté.

· Exemple : cocher « Solution acide » puis choisir dans la liste « Soluté » : acide benzoïque.

• Choisir la concentration c2 en soluté apporté (entre 10-8 et 0,1 mol · L-1) et le volume V2 de la solution du bécher.

Le volume de solution du bécher doit être supérieur à 20,0 mL pour que l’immersion de la sonde pH-métrique soit correcte.

Il est possible d’ajouter de l’eau distillée (volume V3) et un indicateur coloré.

Le dé figurant à droite sur la ligne « Concentration en soluté apporté » permet d’avoir une valeur de c2 par tirage au sort.
La valeur de c2 reste inconnue de l’utilisateur tant que ce dernier n’a pas cliqué sur « Afficher la concentration ».

· Exemple : prendre c2 = 0,001 mol · L-1 ; 
V2 = 20,0 mL ; V3 = 0,0 mL et indicateur coloré : aucun.

En sélectionnant l’onglet « Paramètres », il est possible :
- de choisir l’utilisation d’un pH-mètre ou de la burette (dans « Matériel ») ,
- de masquer la valeur de la concentration c2 (dans « Affichage »).

· Exemple : cocher « pH-mètre » et lire le pH de la solution du bécher.

pH = 3,65

• Ajouter V3 = 80,0 mL d’eau distillée après être revenu dans l'onglet « dans le bécher ». Lire la nouvelle valeur du pH (faire un clic gauche de la souris pour voir s’afficher la nouvelle valeur du pH). 

 pH » 4

• Revenir à V2 = 20,0 mL et V3 = 0,0 mL 

2. Solution dans la burette

• Afficher la burette en allant dans l’onglet « Para- mètres », « Matériel », et en cochant l’option 
« Burette et agitateur magnétique ». 

Si l’on met une solution acide dans le bécher, la burette contient une solution d’hydroxyde de sodium (c’est le cas de l’exemple précédent).

Si l’on avait mis une solution basique dans le bécher, la burette aurait contenu une solution d’acide chlorhydrique.

• Choisir la valeur de la concentration c1 de la solution de la burette.

· Exemple : choisir c1 = 0,005 mol · L-1.

Le volume V1 de solution versée (de 0,0 à 25,0 mL) se commande en cliquant sur « Vider la burette » ; un deuxième clic permet d’arrêter l’écoulement.

Un bouton de remise à zéro figure à gauche de l’indication de la valeur de V1.

Pour utiliser la burette, on peut aussi cliquer sur le robinet rouge. L'écoulement se poursuit tant que l'on maintient le clic de la souris enfoncé.

On peut aussi verser une goutte de la solution de la burette en cliquant une fois dans la goutte bleue à gauche de la burette.

• Réaliser une descente de burette.

• Essayer de verser exactement 1 mL, puis 2 mL, puis 3 ml puis 4 mL et enfin 5 mL. Déterminer le pH à chaque fois. Que peut-on dire du volume à l'équivalence ?

	pH1 = 3,96
	pH2 = 4,30
	pH3 = 4,73
	pH4 = 7,58
	pH5 = 10,30.

On peut en déduire que l'équivalence est proche de 
4 mL.

3. Graphe et tableau de valeurs

Dans l’onglet « Paramètres », on peut, dans 
« Tableau » fixer le volume de solution versé entre deux mesures (pas).

· Exemple : choisir 1,0 mL

Lorsqu’on clique sur « Vider la burette », les valeurs du pH sont enregistrées, dans le cas de l’exemple, à chaque ajout de 1,0 mL de solution.

En sélectionnant l’onglet « Graphe », le graphe 
pH = ƒ(V1) se trace point par point puis intervient le tracé de la courbe.

• Remettre le volume de la burette à V1 = 0 mL à l'aide du bouton 0 à droite de la burette. Cliquer dans l'onglet « Graphe » et cliquer sur « Trace rapide ». Observer le graphe se tracer.

En déplaçant le repère (croix), au moyen de la souris, le long de la courbe, les coordonnées de chaque point s’inscrivent.

• Retrouver par lecture sur le graphe les valeurs de pH pour V1 = 1, 2, 3, 4 et 5 mL déterminée ci-dessus

On retrouve les mêmes résultats que précédemment.

Remarque : On ne retrouve pas exactement les valeurs précédentes parce qu'il est difficile de positionner le curseur précisément sur le graphe. 

Il est possible d’obtenir le tracé de la courbe dérivée, d’utiliser la méthode des tangentes ou encore d’obtenir le diagramme de distribution.

• Faire tracer la courbe dérivée. En déduire le volume versé à l'équivalence. La détermination du pH à l'équivalence est-elle précise par cette méthode ?

On place le curseur sur la partie pointue de la courbe dérivée. On trouve V1 = 4,0 mL. C'est le volume versé à l'équivalence.

Le pH ne peut être déterminé précisément par cette méthode parce qu'on ne sait pas exactement où positionner le curseur sur la verticale d'équation 
V1 = 4,0 mL

• Utiliser la méthode des tangentes. En déduire le volume et le pH à l'équivalence. La détermination du pH à l'équivalence est-elle plus précise par cette méthode ?

On trouve Véq = 4,0 mL et pH = 7,56. Cette valeur du pH est très proche de celle qui avait été déterminée par mesure directe de pH4 à 4 mL ci-dessus. 

La méthode des tangente est plus précise que la méthode de la courbe de la dérivée pour la détermination du pH à l'équivalence.

En sélectionnant l’onglet «  Tableau de valeurs », on obtient les valeurs des concentrations des différentes espèces ou entités du bécher pour chaque valeur de V1 (compte tenu du pas choisi) et pour le pH correspondant.

• Cliquer dans l'onglet « tableau de valeurs ». 

• Retrouver les valeurs de pH1 à  pH5 précédemment déterminées manuellement.

On retrouve les valeurs déterminées précédemment.

L’onglet « Historique » rappelle la situation choisie.

· Exemple : vider la burette.

• Faire apparaître le graphe puis le tableau de valeurs.

À partir du tableau, déterminer la valeur de la constante d’équilibre K pour la réaction considérée ici (situation n°1), d’équation 
C6H5CO2H (aq) + HO-(aq) = C6H5CO (aq) + H2O
pour un volume de solution d’hydroxyde de sodium versé V1 = 3,0 mL. 

• En déduire KA, constante d’acidité du couple 
C6H5CO2H / C6H5CO .
K	= [C6H5CO]f / ( [C6H5CO2H]f × [HO-]f ) 
	= 6,71 · 10-4 / ( 1,99 · 10-4 * 5,35.10*10 ) 
	= 6,30 · 109
KA	= [C6H5CO]f × [H3O+]f / [C6H5CO2H]f 
	= K × Ke = 6,30 · 10-5

pKA = 4,20 donc KA = 6,30 · 10-5 

4. Étude comparative de différentes situations

Le simulateur permet d’étudier différentes situations et de les mémoriser afin de pouvoir effectuer des comparaisons.

À chaque situation correspond une couleur de courbe correspondant à la couleur de la puce, à gauche dans  la liste des situations. 

L’onglet « Historique » rappelle les situations choisies.

La situation 1 est celle étudiée précédemment (solutions d’acide benzoïque et d’hydroxyde de sodium).

Etudions une deuxième situation.

· Exemple : le bécher contient V2 = 20,0 mL d’acide chlorhydrique de concentration c2 = 0,001 mol · L-1.

On conserve dans la burette la même solution d’hydroxyde de sodium que dans la situation n°1.

• Cliquer sur « Situation n°2 » et, dans 
« Paramètres », sur « Superposer les courbes ».

• Réaliser la descente de burette.

• Sélectionner l’onglet « Graphe » : les graphes correspondant aux deux situations étudiées apparaissent ensemble.

• Par la méthode des tangentes ou celle de la courbe dérivée, appliquée à chaque courbe (sélectionner chaque situation successivement), déterminer la valeur du pH à l’équivalence.

Situation n°1 : pHE = 7,56
Situation n°2 : pHE = 7,0

Il est possible de restaurer un tracé antérieur, par exemple supprimer la courbe dérivée et ne laisser que le graphe 
pH = ƒ(V1), ou d’effacer la totalité des tracés.