Aurélie nov 2001

couples acides bases

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On considère les trois solutions suivantes :
- Solution 1 : 50mL d'une solution d'ammoniac à 0,20mol/L et 50mL d'une solution d'acide acétique à 0,2mol/L

- Solution 2 : 100mL d'une solution d'acétate d'ammonium à 0,10 mol/L

- Solution 3 : 50mL d'une solution de chlorure d'ammonium à 0,20mol/L et 50mL d'une solution d'acétate de sodium à 0,20mol/L

  1. Montrez simplement que ces solutions ont le même pH .
  2. En déduire que dans la solution [NH4+]=[CH3COO-] et que [NH3]=[CH3COOH] .
  3. Montrer que le pH est égal à pH=½(pKa1+ pKa2)

NH4+ / NH3 pKa1 = 9,2 ; CH3COOH / CH3COO- pKa2 = 4,8.

 


corrigé
Solution 1 :

NH3 + CH3COOH donne NH4+ + CH3COO-.

ammoniac et acide acétique : réaction acide base (avec arrêt à l'équivalence)

Qté de matière initiale des réactifs :

ammoniac : 50*0,2 = 10 mmol

acide éthanoïque : 50*0,2 = 10 mmol

les réactifs sont en quantités stoéchiomètriques : il se forme 10 mmol d'ion éthanoate et d'ion ammonium dans 100 mL de solution d'où : [NH4+]=[CH3COO-] =0,1 mol/L.

donc la solution 2 est identique à la solution 1.




Solution 3 :

50 mL d'une solution de chlorure d'ammonium à 0,20 mol/L et 50 mL d'une solution d'acétate de sodium à 0,20 mol/L

pas de réaction chimique entre les ions présents présents.

le volume final de la solution est 100 ml soit 0,1L.

La réaction entre l'eau et les ions éthanoate et ammonium est très limitée, de plus les ions Na+ et Cl- sont spectateurs.

donc [NH4+] = [CH3COO-] = 0,05*0,2 / 0,1 = 0,1 mol/L.

ion chlorure et ion sodium spectateurs de concentration égale à 0,1 mol/L

le calcul du pH de la solution 3 est identique à celui de la solution 2.


calcul du pH : (cas de la solution 1)

espèces présentes en solution : NH4+ ; NH3 ; CH3COO- ; CH3COOH ; H2O ; HO- et H3O+.

conservation élément carbone :

[CH3COO-] +[CH3COOH] = 0,1 mol/L (1)

la réaction des ions CH3COO- avec l'eau est trés limitée.

donc [CH3COO-] voisin 0,1 mol/L

conservation élément azote :

[NH3]+[NH4+ ]= 0,1 mol/L (2)

la réaction des ions NH4+ avec l'eau est trés limitée.

donc [NH4+] voisin 0,1 mol/L

[NH4+] = [CH3COO-] =0,1 mol/L (3)

(1) et (2) donnent : [CH3COO-] +[CH3COOH] = [NH3]+[NH4+ ]

compte tenu de (3) il vient : [CH3COOH] = [NH3]

constante d'acidité :

faire le produit des pKa

simplifier en tenant compte des résultats ci-dessus

Ka1 Ka2 = [H3O+

prendre le logarithme

log Ka1 + logKa2 = 2 log [H3O+]

-log Ka1 - logKa2 = -2 log [H3O+]

soit pH = ½(pKa1+pKa2)=0,5(9,2+4,8) = 7.

 



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