Les solutions : calculs de pH, dilution

Quel est le pH d'une solution aqueuse N/100 du chlorure d'hydrogène ? et le pH d'une solution normale. L'acide chlorhydrique est un monoacide fort : [H+(aq)] = molarité. pH= - log[H+(aq)] = -log 0,01 = 2 ; La solution normale est concentrée : dans l'hypothèse où la relation ci-dessus s'applique, on trouverait pH=-log1 = 0. Calculer le pH d'une solution obtenue en dissolvant 0,8 g de soude dans une quantité suffisante d'eau pour faire un litre de solution. Masse molaire de la soude NaOH : M= 23+16+1 = 40 g/mol Quantité de matière : n = m/M= 0,8/40 =0,02 mol ion HO- dans 1 L ; [HO-]=0,02 mol/L. Le produit ionique de l'eau, à 25°C, conduit à : [H3O+] = 10-14/[HO-]=10-14/0,02 = 5 10-13 mol/L. pH= - log 5 10-13 =12,3. Calculer le pH d'une solution centinormale d'une solution monochloroacétique dont la constante d'acidité Ka= 1,6 10-4. Il s'agit d'un acide faible. On note l'acide faible AH et A- sa base conjuguée. Le tableau ci-dessous est établi pour un volume V= 1 L. avancement (mol) AH +H2O =A- +H3O+ initial 0 0,01 solvant en large excès 0 0 en cours x 0,01-x x x à l'équilibre xéq 0,01-xéq xéq xéq Ka = [A-][H3O+] [AH] = xéq2 0,01-xéq 1,6 10-4(0,01-xéq) = xéq2 ; xéq2 +1,6 10-4xéq -1,6 10-6=0 soit xéq =1,267 10-3. pH = - log 1,267 10-3 = 2,9. Autre méthode : pH = ½(pKa - log c) = 0,5( -log 1,6 10-4 -log 0,01)=2,9. calculer le pH d'une solution obtenue en mélangeant 0,5 L de soude 0,2 N à un litre d'acide chlorhydrique 0,1 N. avancement (mol) H3O+ +HO- =2H2O initial 0 1*0,1 =0,1 0,5*0,2 =0,1 solvant en large excès en cours x 0,1-x 0,1-x final xf 0,1-xf 0,1-xf On se trouve dans les proportions stoechiométriques : la solution finale est une solution de chlorure de sodium de pH=7. Montrer que entre deux solutions de normalité N1 et N2 dont les volumes V1 et V2 réagissent l'un sur l'autre existe la relation N1V1=N2V2. Quantité de matière de chaque réactif ( en équivalent) : N1V1et N2V2. A l'équivalence du dosage, les réactifs sont en proportions stoechiométriques : N1V1=N2V2. On plonge une lame de cuivre dans une solution de sulfate ferreux et une autre dans une solution de nitrate d'argent. Décrire et expliquez ce que vous observez. Couples oxydant / réducteur : Ag+ / Ag et Cu2+/Cu. Le cuivre est un métal plus réducteur que l'argent : le cuivre s'oxyde et passe en solution sous forme d'ion Cu2+ , la solution prend une teinte bleue. L'ion argent se réduit : dépôt d'argent sur la plaque de cuivre. Couples oxydant / réducteur : Fe2+ / Fe et Cu2+/Cu. Le cuivre est un métal moins réducteur que le fer : rien ne se passe. Quel est la concentration en ion H+ d'une solution aqueuse contenant 0,01 mol/L de H2SO4 ? Quel est le pH de la solution ? L'acide sulfurique est un diacide fort ; H2SO4 = 2 H+(aq) + SO42-. [H+(aq)] = 2*0,01 = 0,02 mol/L. pH = - log 0,02 = 1,7. On mélange 1 L de NaOH à 0,1mol/L à un litre de HCl à 0,1 mol/L .Quelle est la concentration en ions H+ dans le mélange ainsi formé. avancement (mol) H3O+ +HO- =2H2O initial 0 1*0,1 =0,1 1*0,1 =0,1 solvant en large excès en cours x 0,1-x 0,1-x final xf 0,1-xf 0,1-xf On se trouve dans les proportions stoechiométriques : la solution finale est une solution de chlorure de sodium de pH=7. Concentration en ion oxonium [H+(aq)] = 10-7 mol/L.  Il faut 12 mL d'une solution d'iode à 0,1 M pour oxyder totalement 10 mL de thiosulfate de sodium en Na2S2O3. Quelle est la concentration en mole du thiosulfate de sodium ? Couples oxydant / réducteur : I2 /I- : I2 + 2e- = 2I-. S4O62- / S2O32- : 2S2O32- = S4O62- + 2e- I2 + 2S2O32- = S4O62- +2I-. avancement (mol) I2 + 2S2O32- = S4O62- +2I-. initial 0 12 10-3*0,1 =1,2 10-3 0,01 C 0 0 en cours x 1,2 10-3 -x 0,01 C-2x x 2x final xf 1,2 10-3 -xf 0,01 C-2xf xf xf A l'équivalence : 1,2 10-3 -xf =0 soit xf =1,2 10-3 mol 0,01 C-2xf =0 ; C= 2*1,2 10-3 / 0,01 = 0,24 mol/L. Qu'est ce que l'analyse quantitative et l'analyse qualitative ? Qualitative : identifier chaque espèce. Quantitative : déterminer la quantité de matière de chaque espèce.  Quel volume d'eau doit on ajouter à 500 cm3 d'une solution, notée S, de chlorure de sodium de molarité 1,2 M pour obtenir une solution normale ? La solution normale contient un équivalent ( dans le cas du chlorure de sodium 1 mol /L) On note V(litre L) le volume d'eau ajouté : volume de la solution finale : 0,5 + V litre. Quantité de matière NaCl dans la solution normale : (0,5 +V) mol Cette quantité de matière est issue de la solution S : 0,5 *1,2 = 0,5+V ; V= 0,1 L = 100 mL. Quel volume d'eau faut il ajouter à 250 mL de solution HCl 0,5 M, notée S, pour obtenir une solution 0,06 M ? On note V(litre L) le volume d'eau ajouté : volume de la solution finale : 0,25 + V litre. Quantité de matière HCl dans la solution 0,06 M : (0,25 +V)*0,06 mol Cette quantité de matière est issue de la solution S : 0,25 *0,5 = (0,25 +V)*0,06 ; V= 1,83 L~ 1,8 L.- 10 mL d'une solution d' HCl ( c= N/100 ) sont ajoutés à 100 mL d'eau distillé. Quel est le pH de la solution ainsi obtenue ?  En ajoutant de l'eau on dilue la solution ; la nouvelle concentrataion de l'acide devient c' =10 c / (10+100) = 9,1 10-4 mol/L L'acide chlorhydrique est un monoacide fort : pH final = - log c' = - log 9,1 10-4 = 3,04 ~3,0.  Une solution d'hypochlorite de sodium NaClO est elle acide, neutre, ou basique ? Justifiez votre réponse. couple acide base (HCLO/ ClO-) : Ka = 3,2 ,10-8 ; pKa = 7,5. L'hypochlorite de sodium est entièrement ionisé en ion Na+ et ClO-. L'ion hypochlorite ClO- réagit partiellement avec l'eau et conduit à HClO. L'ion ClO- est majoritaire par rapport à HClO : le pH est donc supérieur au pKa du couple acide base. pH > 7,5, milieu basique. Quelle est le nombre de mole de HCl présent dans 150 mL d'une solution aqueuse de densité 1,19 et contenant 37% en HCl en masse? Quelle est la normalité de cette solution ? 1 L de cette solution a une masse m = 1,19 kg = 1190 g et contient 1190*0,37 = 440,3 g d'acide HCl pur. Masse molaire HCl : 36,5 g/mol. Quantité de matière dans 1 L : 440,3/36,5 = 12,1 mol/L. L'acide chlorhydrique est un monoacide : 12,1 N.  A 70 mL d'acide benzoïque à 0,4 N on ajoute 30 mL d'eau distillée. a- quel est le pH de la solution obtenue ? b- quel est le pH de la solution d'acide initiale ? On donne le pKa =4,2. L'acide benzoïque est un acide faible : pH initial = ½(pKa - log c) = 0,5(4,2 - log 0,4) =2,3. En ajoutant de l'eau on dilue la solution ; la nouvelle concentrataion devient c' =70 c / (70+30) = 0,7 c = 0,7*0,4 = 0,28 mol/L pH final = ½(pKa - log c') = 0,5(4,2 - log 0,28) = 2,37 ~2,4. A 10 mL d'une solution d'acide sulfurique 0,2 mol/L on ajoute 10 mL de soude 0,2 mol/L. Ecrire les différents équilibre acido-basiques en solution aqueuse de H2SO4.  H2SO4+ H2O = HSO4-+ H3O+. HSO4-+ H2O = SO42-+ H3O+. En considérant  H2SO4 comme un diacide fort, quelle(s) espèce(s) est (sont) présente(s) en solution ? Quel serait le pH de la solution finale ? Un diacide fort est entièrement dissocié en solution :  H2SO4+ 2H2O = SO42- + 2H3O+. couples acide/ base mis en présence : H3O+/H2O et H2O/HO-. avancement (mmol) H3O+ +HO- =2H2O initial 0 2*10*0,2 = 4 10*0,2 =2 solvant en large excès en cours x 4-x 2-x final xf 4-xf 2-xf La soude est en défaut ; il reste 2 mmol d'acide sulfurique dans 20 mL de solution : [H3O+]= 2/20 = 0,1 mol/L ; pH = - log [H3O+] = - log 0,1 ; pH= 1. En fait les pKa des deux acidités de H2SO4 sont : pKa1 = -3 et pKa2 = 2. Quel est le pH de la solution finale ? Seule la première acidité est dosée par la soude ( les pKa différent de 5 unités) ; le couple acide base HSO4-/SO42- fixe le pH de la solution. pH= pKa2 + log [SO42-]/[HSO4-] Réaction prépondérante : HSO4-+ H2O = SO42-+ H3O+. avancement (mmol) HSO4- + H2O = SO42- + H3O+. initial 0 2 solvant en large excès 0 0 en cours x 2-x x x équilibre xf 2-xf xf xf [SO42-]=[H3O+] = xf/20 = 0,05 xf ; [HSO4-] =(2-xf)/20 = 0,05(2-xf) Ka2 =0,01 = [H3O+][SO42-] [HSO4-] = ( 0,05 xf)2 0,05(2-xf) = 0,05 xf2 2-xf 2-xf = 5 xf2 ; xf2 +0,2xf -0,4 = 0 ; résoudre xf =0,54 mmol. [H3O+] = 0,05*0,54 = 0,027 mol/L ; pH = - log 0,027 = 1,56 ~ 1,6.

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