Aurélie 02/10/07
 

équilibre acido-basique BTS biotechnologie 2007

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Soit une solution aqueuse SA contenant de l'acide méhnanoïque à la concentration c=2,30 mmol/L.

Cette solution présente à 25°C un pH égal à 3,25.

Ecrire l'équation de la réaction de dissociation de l'acide dans l'eau et donner l'expression de la constante d'équilibre associée.

HCOOH + H2O = HCOO- + H3O+.

Exprimer les concentrations des espèces HCOOH et HCOO- en fonction de c et du pH.

La solution est électriquement neutre et en milieu acide HO- est négligeable.

[H3O+]=[HCOO- ] = 10-pH.

Conservation de l'élément carbone :

[HCOO- ] + [HCOOH]= c soit [HCOOH]= c -10-pH.

En déduire Ka puis pKa.

Ka = [10-3,25 ]2 / (2,30 10-3 - 10-3,25 ) = 3,162 10-7 / 1,738 10-3 = 1,82 10-4.

pKa = - log (Ka) = - log (1,82 10-4) = 3,74.

On mélange la solution précédente à une solution SB de base forte (K+ + HO-) de concentration molaire c'=8,00 mmol/L.

Les volumes employés sont respectivement VA= 100,0 mL et VB= 50,0 mL.

Ecrire l'équation de la réaction prépondérante intervenant au cours du mélange.

HCOOH + HO- = HCOO- + H2O.

Quel est le réactif en excès ? Justifier.

Quantité de matière (mol) = concentration ( mol/L) * volume (L)

nA = VA c = 0,1 * 2,3 10-3 = 2,3 10-4 mol = 0,23 mmol

nB = VB c' = 0,05 * 8 10-3 = 4 10-4 mol = 0,40 mmol

Or une mole d'acide méthanoïque réagit avec une mole de potasse.

0,23 mmol d'acide méthanoïque réagit avec 0,23 mmol de potasse. Il reste 0,17 mmol de potasse.

La solution SB est donc en excès.
Déterminer les concentrations molaires de toutes les espèces majoritaires et le pH du milieu à l'état final.

espèces majoritaires présentes :

HCOO- ; K+ ; HO-.

espèce minoritiares :

H3O+ ; HCOOH.

Volume du mélange : 0,150 L.

[K+]= c'VB/(VA+VB) = 8 10-3 *50/150 = 2,67 10-3 mol/L ; [K+]= 2,67 mmol/L.

[HO-] = nB restante / ( (VA+VB) =0,17 / 0,15 ; [HO-] = 1,13 mmol/L.

[HCOO-] = cV/(VA+VB) =2,3*100/150 ; [HCOO-] = 1,53 mmol/L.

Calcul du pH du mélange :

[H3O+][HO-]= 1,00 10-14 ;

[H3O+] = 1,00 10-14 / 1,13 10-3 =8,85 10-12 mol/L

pH = - log [H3O+] = log 8,85 10-12 ; pH= 11,1.

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