Fiche de révision : Mesure du pH et dilutions

📋 Plan du Cours

1. Définition et calcul du pH
2. Fonctionnement du pH-mètre
3. Préparation des solutions diluées
4. Étalonnage et mesure expérimentale
5. Modélisation Python des résultats

📖 1. Définition et calcul du pH

🔑 Notions clés & Définitions

• pH : Søren Sørensen, 1909 - Abréviation de « potentiel Hydrogène » qui mesure le degré d’acidité d’une solution sur une échelle allant de 0 à 14.

★ À maîtriser

📐 Formule - La relation entre le pH et la concentration en ions oxonium est $pH=-\log\left(\frac{[H_3O^+]}{c^\circ}\right)$, avec $c^\circ=1\,\mathrm{mol\,L^{-1}}$.

📐 Formule - La concentration en ions oxonium se déduit du pH par la relation $[H_3O^+]=10^{-pH}$ lorsque la concentration standard vaut 1 mol·L−1.

Compléments

• Le chimiste danois Søren Sørensen a utilisé pour la première fois le terme « pH » en 1909.

💡 Astuce mémo

pH faible = acidité forte ; pH élevé = acidité faible

📖 2. Fonctionnement du pH-mètre

🔑 Notions clés & Définitions

• pH-mètre : Voltmètre associé à un calculateur qui mesure la tension entre deux électrodes et la convertit en pH.

★ À maîtriser

📌 Entre deux mesures, la sonde du pH-mètre doit être plongée dans une solution d’eau distillée.

📌 Le pH-mètre doit être étalonné car le pH dépend de la température et des caractéristiques de la sonde.

Compléments

• Un pH-mètre comprend les éléments suivants :
  • une sonde pH-métrique
  • un boîtier
  • une zone de lecture
  • un bouton de réglage de la température
  • un bouton d’étalonnage

💡 Astuce mémo

Tension entre électrodes → conversion en valeur de pH

📖 3. Préparation des solutions diluées

★ À maîtriser

• 🔄 La préparation d’une solution diluée suit les étapes suivantes : prélever une portion de la solution mère avec une verrerie précise, transférer le prélèvement dans une fiole jaugée, compléter avec le solvant jusqu’au volume choisi

• La solution mère d’acide chlorhydrique a une concentration en ions oxonium de [H3O+]0 = 0,10 mol·L−1.

📐 Formule - Pour préparer S2 à partir de la solution mère, le rapport de dilution calculé est $C=\frac{1{,}0\times10^{-1}}{1{,}0\times10^{-2}}=10$.

Compléments

• Les solutions S2 et S4 peuvent être préparées avec un volume final de 50 mL ou de 100 mL, en utilisant la verrerie la plus précise possible.

📖 4. Étalonnage et mesure expérimentale

★ À maîtriser

• L’étalonnage du pH-mètre se fait avec des solutions tampons de pH 7 puis de pH 4, après rinçage de la sonde à l’eau distillée et essuyage délicat entre les manipulations.

• 🔄 Avant chaque mesure :

  1. rincer la sonde avec de l’eau distillée
  2. essuyer la sonde avec le papier Joseph
  3. immerger la sonde dans la solution à mesurer
  4. agiter doucement
  5. lire la valeur lorsque le pH est stabilisé

Compléments

📌 La sonde doit être placée de façon que l’aimant ne la frappe pas et que l’aimant tourne au centre de l’agitateur magnétique.

• Les pH mesurés sont respectivement :
  • 1,20 pour S0
  • 1,48 pour S1
  • 2 pour S2
  • 2,29 pour S3
  • 1,74 pour S4

💡 Astuce mémo

Eau distillée → tampon 7 → tampon 4 → eau distillée → mesure

📖 5. Modélisation Python des résultats

📝 Points essentiels

• 🔄 Le traitement du fichier Python suit ces étapes : compléter les listes de concentrations et de pH mesurés, sauvegarder le fichier sous le nom TP1 suivi du nom de l’élève, exécuter le programme avec Ctrl+F9

📐 Formule - Le modèle Python calcule le pH théorique des concentrations par la relation $pH_{th}=-\log_{10}(c_{th})$.

• Le graphique représente la concentration en ions H3O+ en abscisse et le pH de la solution en ordonnée, avec une courbe rouge pour le modèle et des marqueurs « + » pour les mesures.

📌 La conclusion expérimentale consiste à comparer les points de mesure au modèle théorique afin de valider ou non la relation entre le pH et la concentration en ions oxonium.

💡 Astuce mémo

Courbe rouge théorique versus points expérimentaux

📊 Tableaux de synthèse

pH théorique et pH mesuré