Exercice type : titrage acido-basique

L’acide benzoïque est un conservateur utilisé dans de nombreux cosmétiques et produits pharmaceutiques.Il est naturellement présent dans le propolis (sous-produit du miel) et dans les canneberges (arbustes à baies rouges comestibles).Il est aussi souvent utilisé comme conservateur (E 210) dans certains aliments tels que les jus de fruits.L’acide benzoïque et ses sels (benzoate de sodium ou de potassium) sont efficaces contre les levures et à un moindre degré, contre les moisissures.Ils sont peu actifs contre les bactéries mais agissent tout de même sur les bactéries lactiques.La solubilité d’une espèce chimique représente, à une température donnée, la quantité de matière maximale de cette espèce que l’on peut dissoudre par litre de solution. Il s’agit ici d’étudier l’évolution de la solubilité de l’acide benzoïque C6H5CO2H(s) dans l’eau en fonction de la température.La solubilité de l’acide benzoïque dans l’eau augmente quand la température augmente. Cette propriété est utilisée dans un procédé de purification des produits : la recristallisation.

Données :   Masse molaire moléculaire de l’acide benzoïque M = 122 g.mol –1

Constante d’acidité du couple C6H5CO2H(aq)/C6H5CO2– (aq) :   KA = 2,0.10–5

Conversion de degré celsius en kelvin : T(K) = q(°C) + 273

.Composition d’une solution saturée d’acide benzoïque

 L’acide benzoïque se présente à l’état pur sous la forme de cristaux blancs.La dissolution de l’acide benzoïque dans l’eau se traduit par l’équation suivante :  C6H5CO2H(s) = C6H5CO2H(aq)Une solution saturée est obtenue lorsque l’acide benzoïque solide reste présent dans la solution.À 24°C, on peut dissoudre au maximum 3,26 g d’acide benzoïque par litre de solution.

 1.1. L’acide benzoïque appartient au couple acido-basique C6H5CO2H(aq)/C6H5CO2– (aq). Écrire l’équation de la réaction entre l’acide benzoïque et l’eau.

 1.2. Déterminer la concentration molaire apportée c dans un litre de solution saturée d’acide benzoïque à 24°C  En déduire en utilisant la définition donnée dans le texte, la valeur de la solubilité s de l’acide benzoïque à 24°C exprimée en mol.L –1.

 1.3. Déterminer l’avancement maximal de la réaction de l’acide benzoïque avec l’eau dans un volume de20,0 mL de solution saturée. On pourra s’aider d’un tableau d’avancement.

 1.4. Le pH de cette solution vaut 2,9. Déterminer l’avancement final puis le taux d’avancement final de la réaction. La transformation correspondante est-elle totale ?

 1.5. Choisir, en justifiant, la conclusion adaptée parmi les deux suivantes :

(a) dans une solution saturée d’acide benzoïque à l’équilibre, la concentration en ion benzoate   est sensiblement égale à la concentration en acide benzoïque.

(b) dans une solution saturée d’acide benzoïque à l’équilibre, la concentration en acide benzoïque dans la solution à l’équilibre est sensiblement égale à la concentration apportée en acide benzoïque.

2. Titrage des solutions saturées d’acide benzoïque

Plusieurs solutions saturées d’acide benzoïque sont préparées selon le protocole suivant :

– À une masse de 0,55 g d’acide benzoïque placée dans un erlenmeyer, ajouter 100 mL d’eau distillée.

– Chauffer au bain-marie afin de dissoudre l’acide benzoïque.

– Refroidir sous courant d’eau froide jusqu’à une température supérieure de 5°C à la température q souhaitée.

– Verser le contenu de l’erlenmeyer dans un bécher thermostaté à la température q.

– Attendre que la température se stabilise.

– Prélever un volume Vp = 20,0 mL de solution surnageante. Placer cette solution dans un bécher thermostaté.

Différentes solutions saturées d’acide benzoïque sont ainsi obtenues à différentes températures q allant de 24°C à 50°C. Chacune des solutions est titrée par une solution d’hydroxyde de sodium de concentration cb= 5,0 ´ 10 –2 mol.L –1 ; le volume titré est Vp = 20,0 mL.