acide base, dosage, calculs de pH, dilution, dissolution

Dosage de l'acide oxalique C2H2O4 par la soude Na+ +HO-. Dosage de la première acidité de l'acide oxalique : Couples acide / base : C2H2O4 / C2HO4- ;  H2O / HO-. C2H2O4 +HO-=C2HO4- +H2O  Dosage de la seconde acidité de l'acide oxalique : Couples acide / base : C2HO4- / C2O42- ;  H2O / HO-. C2HO4-  +HO-=C2O42- +H2O. Prédominance des espèces : à pH = pKa1 ( 1ère demi équivalence) [C2H2O4]=[C2HO4-] à pH = pKa2 ( 2ème demi équivalence) [C2HO4-]=[C2O42-] Indicateurs colorés utilisables. La zone de virage de l'indicateur coloré doit contenir le pH du point équivalent. E1 : hélianthine [ 3,2 ; 4,4 ] rouge  à jaune. E2 :  rouge de crésol [7,2 ; 8,8 ) jaune  à rouge. Le second saut de pH est beaucoup plus marqué ; la détermination de E2 est plus précise. On l'utilisera pour déterminer la concentration de l'un des réactifs. C2H2O4 +2HO-=C2O42- +2H2O. (1) Calcul de la concentration de la soude NaOH à 1% près si la masse d'acide oxalique C2H2O4 , 2H2O dans le becher est m = 132,2 mg. Masse molaire de l'acide oxalique dihydraté : M = 2*12+2+4*16+2*18 = 126 g mol-1. noxa = m/M = 0,1322 / 126 = 1,05 10-3 mol. Quantité de matière de soude versée  à la seconde équivalence : nNaOH = CNaOH  VE2 = CNaOH  *6 10-3 mol. Les nombres stoechiométtriques de  (1) donnent : nNaOH = 2 noxa ;  CNaOH  *6 10-3 = 2*1,05 10-3  ; CNaOH  = 2,1 / 6 = 0,35 mol L-1. Exercice 2. Quel volume de gaz ammoniac faut-il dissoudre dans V =300 mL d'eau distillée dans les conditions standards pour obtenir une solution de concentration C =0,10  mol/L ? Quantité de matière d'ammoniac : n = C V = 0,10*0,30 = 0,030 mol Volume de gaz ammoniac : n Vm = 0,030*22,4 =0,67 L. La solution obtenue a un pH de 11,1. Calculer la concentration des ions H3O+ et OH- qu'elle contient. Est ce une solution acide, basique, neutre ? A 25°C, une solution dont le pH est supérieur à 7 est basique. [H3O+] = 10-pH = 10-11,1  =7,94 10-12 ~ 7,9 10-12 mol/L. Le produit ionique de l'eau conduit  à :  [OH-] =10-14 / [H3O+] = 10-14 / 7,94 10-12 ~1,3 10-3 mol/L. Exercice 3.  Quel volume de gaz bromure hydrogène faut-il dissoudre dans V =5,0 litres d'eau pure pour obtenir une solution de concentration c=2,0 10-2 mol/L dans les conditions standards. Quantité de matière de chlorure d'hydrogène : n = C V = 0,02*5 = 0,10 mol Volume de gaz  : n Vm = 0,1*22,4 =2,2 L.  La solution aqueuse a un pH=1.7. Faire l'inventaire des espèces chimiques présentes dans la solution. Calculer leur concentration. La solution contient des ions chlorure Cl- et oxonium H3O+. La réaction du chlorure d'hydrogène avec l'eau est totale : HCl(g) + H2O(l) = Cl- aq + H3O+aq. [H3O+aq] =[Cl- aq] = c =2,0 10-2 mol/L. Execice 4. On dissout 0,20 g d'hydroxyde de sodium dans l'eau pure pour obtenir V = 0,10 litre de solution. Ecrire l'équation bilan de la dissolution. Calculer le pH. NaOH (s) = Na+aq + HO-aq. Masse molaire de la soude NaOH : M = 23+1+17 = 40 g/mol. Quantité de matière de soude : n = m/ M = 0,20 / 40 = 5,0 10-3 mol. C = [HO-aq] = n/V = 5,0 10-3 /0,10 = 5,0 10-2 mol /L. Le produit ionique de l'eau conduit  à : [H3O+] =10-14 / [OH-] = 10-14 / 5,0 10-2 =2,0 10-13 mol/L. pH = -log [H3O+] =-log 2,0 10-13 =12,7. Quel volume d'eau faut il ajouter à 20 mL de la solution précédente pour obtenir un pH=11 ? On conduit les calculs avec l'espèce majoritaire  en milieu basique, l'ion hydroxyde. [HO-aq]début =5,0 10-2 mol/L  ; n HO- début = 0,05*0,02 = 10-3 mol. [HO-aq]fin=10-14 / 10-11 = 10-3 mol/L ; n HO- fin = 0,001*(0,02 + Veau)= 10-3 mol. 0,02 + Veau= 1 ; Veau = 0,98 L. Exercice 5. On prépare 3 solutions aqueuses S1, S2, S3 du même acide AH. La solution S1 est de concentration c, S2 a une concentration c2 =0,1c et S3 a une concentration c3 =0,001c Le pH est mesuré à 25°C. On trouve respectivement : 4,25, 4,75  et 5,25. Montrer que l'acide est faible. On dilue 10 fois S1 pour obtenir S2 et le pH varie de 0,5 unité : l'acide est donc faible. Le pH d'un acide fort varie de 1 unité lors d'une dilution au 10è. Ecrire l'équation bilan de la réaction de l'acide avec l'eau.  AH aq + H2O(l) = A-aq + H3O+aq. Quelles sont les espèces chimiques présentes dans les solutions ? AH aq, H3O+aq, HO-aq ( minoritaire) Calculer la concentration de chaque espèce chimique présente dans S2 sachant que sa concentration est de 10-3 mol/L. [H3O+aq]= 10-pH = 10-4,75 =1,77 10-5 ~1,8 10-5 mol/L. Le produit ionique de l'eau conduit  à :  [OH-]=10-14 / [H3O+]  = 10-14 / 1,77 10-5 =5,6 10-10 mol/L. La solurion est électriquement neutre : [OH-] +[A-] =[H3O+] ; [A-] =1,8 10-5 -5,6 10-10 ~1,8 10-5 mol/L. Conservation de A : [A-] + [AH] =10-3. [AH] =10-3-1,8 10-5 =9,8 10-4 mol/L. Exercice 6. On mélange 20 mL d'une solution de chlorure d'hydrogène de pH=2,0 et 50 mL d'une solution de chlorure d'hydrogène de pH=4,0. Déterminer la quantité de matière d'ions H3O+ dans le mélange et en déduire le pH du mélange. HCl(g) + H2O(l) = Cl- aq + H3O+aq ( totale). Quantité de matière de chlorure d'hydrogène, donc d'ion oxonium : n= 0,020 *10-2 + 0,05 *10-4 = 2,05 10-4 mol. Volume du mélange : V =20 +50 = 70 mL = 0,070 L. [H3O+aq] = n / V = 2,05 10-4 /0,07 =2,93 10-3 mol/L pH = - log [H3O+aq] = - log 2,93 10-3 =2,5.

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