Aurélie 05//06
étude d'un produit d'entretien : ammoniac ; d'après concours kiné AP-HP 2006

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étude d'un produit d'entretien( 5pts)

Données : H: 1,00 ; N : 14,0 g/mol ; Ka = 6,3 10-10 ; pKa = 9,2 ;

aide aux calculs : 1,6,3 = 0,16 ; 10,8*17,0=184 ; 184/920 = 2,00 10-1.

Sur l'étiquette d'une solution commerciale d'ammoniac ( NH3) on lit : % massique en ammoniac : 20 %.

On prépare 100 mL d'une solution diluée, noté S au 20ème de la solution commerciale , notée S0.

  1. La mesure du pH à 25°C de la solution diluée donne pH= 11,2. Indiquer en justifiant la nature de cette solution.
    - Préciser le nom et la formule de son espèce conjuguée.
    - Ecrire le couple acide base auquel appartient l'ammoniac.
    - Donner le diagramme de prédominance, en fonction du pH, des espèces chimiques de ce couple et en déduire l'espèce prédominante dans la solution S d'ammoniac.
  2. Pour vérifier les indications de l'étiquette on titre un volume V= 10,0 mL de la solution S par une solution d'acide chlorhydrique de concentration CA= 5,00 10-1 mol/L en présence de quelques gouttees de BBT. Le changement de teinte de la solution a lieu pour un volume VA éq = 10,8 de solution titrante.
    - Ecrire l'équation de la réaction support du dosage en précisant les caractéristiques de cette transformation chimique.
    - Etablir l'expression de la constante d'équilibre K en fonction de la constante d'acidité Ka. Calculer sa valeur et conclure.
    - Déterminer la concentration molaire C de la solution S ; en déduire la concentration C0 de la solution commerciale.
    - La mesure de la masse volumique de la solution commerciale donne m= 920 g/L. Déterminer l'expression du pourcentage massique de la solution commerciale en fonction de C0, M et m. Calculer sa valeur et conclure.
  3. Lors de ce titrage, la mesure du pH de la solution lorsqu'on a versé un volume VA = 6,0 mL d'acide chlorhydrique donne pH= 9,0.
    - Déterminer les quantités de matière n1 d'ammoniac et n2 d'acide chlorhydrique introduites.
    - Détrminer l'avancement final, l'avancement maximal à l'aide d'un tableau descriptif de l'évolution du système chimique.
    - Montrer en calculant le taux d'avancement final t que la transformation est quasi-totale.

corrigé
nature de cette solution S : pH supérieur à 7 à25°C, donc milieu basique

l'espéce " acide conjugué "de l'ammoniac est l'ion ammonium NH4+.

couple acide base : NH4+ / NH3.

L'espèce NH3 prédomine dans la solution S ( pH>pKa)

équation de la réaction support du dosage : NH3 + H3O+ = NH4+ + H2O, rapide et totale.

K= [NH4+]/([H3O+][NH3]) = 1/Ka = 109,2 ; K est très grand, la transformation est totale.

concentration molaire C de la solution S :

à l'équivalence les réactifs mis en présence sont en proportions stoechiométriques : C V= CA VA éq

C = CA VA éq /V = 0,5*10,8 / 10 = 5,4 10-1 mol/L.

concentration C0 de la solution commerciale : C0 = 20 C = 10,8 mol/L

expression du pourcentage massique de la solution :

masse d'ammoniac pure dans 1 L : C0M avec M : masse molaire ammoniac ( g/L)

masse de 1 L de solution : m g ; %massique d'ammoniac p%= C0M*100 / m = 10,8*17*100/920 = 20 %, valeur en accord avec l'indication de l'étiquette.

quantités de matière n1 d'ammoniac et n2 d'acide chlorhydrique :

n1 =VC= 10 10-3*0,54 = 5,4 10-3 mol ; n2=CAVA= 0,5*6 10-3 = 3 10-3 mol

avancement (mol)
NH3
+ H3O+
= NH4+
+ H2O
initial
0
5,4 10-3
3 10-3
0
solvant en grand excès
en cours
x
5,4 10-3-x
3 10-3 -x
x
fin
xmax
5,4 10-3-xmax
3 10-3-xmax
xmax
xfin
5,4 10-3-xfin
3 10-3-xfin
xfin

acide en défaut d'où : 3 10-3-xmax =0 soit xmax = 3 10-3 mol

3 10-3-xfin = 10-pH * (10+6) 10-3= 1,6 10-11 mol soit xfin = 3 10-3 mol

taux d'avancement final t = xfin / xmax = 1 ; la transformation est totale.

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