Acide base, précipitation concours Fesic 2009

L'étiquette suivante est collée sur la bouteille d'une solution aqueuse de base B qu'un laborantin vient de préparer en dissolvant 1,2 g de cette base pure dans l'eau distillée selon l'équation modélisée par : Baq + H2O(l) = BH+aq + HO-aq. " volume 3 L ; concentration ; 1,0 10-2 mol/L ; pH = 11 à 25°C". On donne log 9 = 0,95. A- La base B est totalement dissociée en solution aqueuse. Faux. Pour une base "forte" : pH = 14 + log C = 14 + log 0,01 = 12. Or le pH mesuré est inférieure à 12 : B est une base " faible" partiellement dissociée. B- La masse molaire de la base B est 40 g/mol. Vrai. Quantité de matière de la base B : n = C V = 0,01 *3 = 0,03 mol De plus n = m/M ; M = m/n = 1,2 / 0,03 = 120 / 3 = 40 g/mol. C-La constante d'acidité du couple BH+aq/Baq est égale à la constante d'équilibre de la réaction entre la base B et l'eau. Faux. BH+aq + H2O(l) = Baq + H3O+aq. Ka =[Baq][H3O+aq] / [BH+aq]. Baq + H2O(l) = BH+aq + HO-aq. K = [BH+aq][HO-aq] / [Baq] D- A 25°C le pKa du couple BH+aq/Baq est égal à 10. Vrai. On travaille avec 1 L de solution : avancement (mmol ) Baq + H2O(l) = BH+aq + HO-aq initial 0 1,0 10-2 solvant 0 0 en cours x 1,0 10-2 -x en large x x final xf 1,0 10-2 -xf escès xf xf [ HO-aq ]f =10-14 / 10-pH = 10-3 mol/L ; xf = 10-3 mol ; 1,0 10-2 -xf =9 10-3 mol pH = pKa + log( [Baq] / [BH+aq]) = pKa + log[( 1,0 10-2 -xf)/xf] = pKa + log (9) pKa = pH -log 9 = 11-0,95 ~ 10. A 37°C le produit ionique de l'eau vaut Ke = 2,4 10-14. On donne log 2,4 10-14 = -13,6. A- A cette température le pH de l'eau pure est 6,8. Vrai. ½pKe = 13,6 / 2 = 6,8, pH d'un milieu neutre. La salive a un pH=6,85 à 37°C. B- La salive est basique à 37°C. Vrai. Le pH de la salive est supérieur au pH de l'eau pure, milieu neutre. C-Lorsque la température passe de 25°C à 37°C, la concentration en ion hydroxyde augmente dans l'eau pure. Vrai. à 25°C : [HO-aq] = 10-7 mol/L ; à 37°C : [HO-aq] = 10-6,8 = 1,6 10-7 mol/L D- Lors de l'étalonnage d'un pHmètre, on doit prendre en compte la température de la solution dont on veut mesurer le pH. Vrai. Il faudrait dire " la température des solutions étalon". On réalise un mélange contenant de l'acide benzoïque C6H5COOH aq , des ions hydrogénocarbonates HCO3-aq, des ions benzoate C6H5COO- aq et des ions carbonates CO32-aq. Le volume total du mélange est V = 100 mL. Les quantités de matières des espèces dissoutes sont égales et valent n = 0,100 mol. La transformation qui se produit est modélisée par l'équation chimique : C6H5COOH aq + CO32-aq = C6H5COO- aq + HCO3-aq. On donne à 25°C : pKa1(C6H5COOH / C6H5COO-) = 4,2 ; pKa2(HCO3- / CO32- ) = 10,3 ; A- Le quotient de réaction s'écrit Qr =[C6H5COO-][HCO3-] / ([C6H5COOH][CO32-]) . Vrai. B- Le quotient initial est Qr i = 1. Vrai. Qr i=[C6H5COO-] i[HCO3-] i / ([C6H5COOH] i[CO32-] i) Or [C6H5COO-] i =[HCO3-] i =[C6H5COOH] i =[CO32-] i = n/V. C-La constante d'équilibre de cette réaction est K = 10-6,1. Faux. Ka1 = [C6H5COO-] [H3O+] / [C6H5COOH] ; Ka2 =[CO32-][H3O+] / [HCO3-] K = [C6H5COO-][HCO3-] / ([C6H5COOH][CO32-]) = Ka1 /Ka2 = 10-4,2 / 10-10,3 = 106,1. D- La réaction qui se produit forme de l'acide benzoïque. Faux. L'acide benzoïque est l'un des réactifs qui disparaît. Sur un catalogue de produits chimiques on peut lire à propos du benzoate de sodium : température de fusion =300°C A- Le benzoate de sodium pur est un liquide. Faux. à 25°C le benzoate de sodium pur est un solide. B- La fusion est une transformation chimique. Faux. la fusion est une transformation physique. Un becher contient V = 100 mL d'une solution aqueuse de benzoate de sodium (C6H5COO-aq + Na+aq) de concentration en soluté c = 1,0 10-2 mol/L. On ajoute dans ce becher un volume V' = 5,0 mL de solution aqueuse d'acide chlorhydrique de même concentration c. La transformation chimique asociée est considérée comme une réaction totale. pKa ( acide benzoïque / ion benzoate) = 4,2 à 25°C ; log 19 = 1,3. C- Dans l'état final, il reste des ions benzoate. Vrai. avancement (mmol ) C6H5COO-aq +H3O+aq =C6H5COOHaq + H2O (l) initial 0 cV = 1 mmol cV' =0,05 mmol 0 solvant en cours x 1-x 0,05-x x en large final (si réaction totale) xmax=0,05 mmol 1-xmax=0,95 mmol 0,05-xmax=0 xmax=0,05 mmol excès 0,05-xmax = 0 ; xmax = 0,05 mmol. D- Le pH du mélange vaut 5,5 . Vrai. pH = pKa + log ([C6H5COO-]/[C6H5COOH]) = 4,2 + log (0,95/0,05) = 4,2 + log 1,9 = 4,2 + 1,3 = 5,5. On verse un volume V1 = 10 mL d'une solution aqueuse de chlorure de calcium (Ca2+aq + 2Cl-aq) de concentration en soluté apporté c1 = 0,10 mol/L dans un volume V2 = 10 mL d'une solution aqueuse de carbonate de sodium (CO32-aq + 2Na+aq) de concentration en soluté apporté c2 = 0,10 mol/L. On observe alors la formation d'un précipité blanc de carbonate de calcium. La transformation est symbolysée par la réaction chimique d'équation : Ca2+aq +CO32-aq =CaCO3(s) ; constante d'équilibre K = 108. A- Le carbonate de calcium est très peu soluble dans l'eau. Vrai. CaCO3(s) = Ca2+aq +CO32-aq ; constante d'équilibre K = 10-8, valeur très faible, réaction très limitée dans le sens direct. B- Le quotient initial de la réaction est Qr i = 400. Vrai. Qr i =1/([Ca2+aq] i[CO32-aq] i) [Ca2+aq] i = V1 c1 /( V1+V2 )=0,5 c1 =0,050 mol/L [CO32-aq] i=V2 c2 /( V1+V2 )=0,5 c2 =0,050 mol/L Qr i =1/(0,050*0,050) = 20*20 = 400. C- La concentration des ions carbonate à l'équilibre est 2 10-4 mol/L. Faux. avancement (mmol ) Ca2+aq + CO32-aq =CaCO3(s) initial 0 c1 V1 =1 mmol c2 V2 =1 mmol 0 en cours x 1-x 1-x x final xéq 1-xéq 1-xéq xéq [Ca2+aq]éq =[ CO32-aq]éq =(1-xéq) /( V1+V2 ) ; K = 1/([Ca2+aq]éq[CO32-aq]éq )=1/[CO32-aq]2éq =108. [CO32-aq]éq =10-4 mol/L. D- Le précipité pesé après passage à l'étuve a une masse de 100 mg. Vrai. (1-xéq) /( V1+V2 ) =10-4 ; 1-xéq= 20 10-4 ; xéq=1-2 10-3 =0,998 mmol M(CaCO3) = 40 +12+3*16= 100 g/mol ; m = n M = 0,998 *100 = 99,8 mg ~ 100 mg.

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