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Acide/ base
Bonjour,
J'ai un exercice à faire mais je n'arrive pas à avoir des résultats cohérents :
On étudie le pH d'une solution d'acide carbonique. Auparavant j'utilisais la méthode de la RP mais mon nouveau prof en préfère une autre :
les réaction intervenant sont donc :
H2CO3 + H20 -> HCO3- + H3O+
HCO3- + H20 -> CO3,2- + H3O+
*conservation de la matière : H2CO3 + HCO3- + CO3,2- = C
* électroneutralité = H3O+ = HO- + HCO3- + 2*CO3,2-
D'habitude on essaye de remplacer les concentrations inconnues dans l'électroneutralité par leur expression issue des Ka mais ici on obtiendrait une expression beaucoup trop compliquée.
Ce que propose mon prof, est de se mettre dans des cas où une espèce est majoritaire (ce qui simplifie beaucoup l'expression d'électroneutralité.)
Pour pH< Pka1 (soit 6,5), on a donc H2CO3 majoritaire
On a donc
*conservation de la matière : H2CO3 = C
*électroneutralité = H3O+ = HO-
donc pH = 7 ... ce qui n'est pas logique
je pense avoir fait une grosse erreur quelque part mais impossible de trouver où ...
merci d'avance
bonjour
Comme tu l'as dit, l'hypothèse réaliste consiste à considérer H2CO3 comme majoritaire et donc à le considérer comme un monoacide faible peu dissocié. La réaction prédominante sur l'eau est donc :
H2CO3 + H2O = HCO3- +H3O+
Un tableau d'avancement et l'hypothèse d'un acide peu dissocié conduisent à :
Je te laisse faire le calcul et vérifier si les hypothèses simplificatrices sont valides.
Merci ,
c'est bien la méthode que j'avais réalisée mais elle ne coïncidait pas avec la sienne qui est de raisonner avec l'électroneutralité...
Dans le cas ou l'espèce prédominante est CO3,2-,
j'obtiens :
*conservation de la matière : CO3,2- = C
* électroneutralité : H3O+ = HO- + 2* CO3,2-
donc H3O+ = Ke/H3O+ 2c
donc (H3O+)² -Ke - 2c*(H3O+)= 0
on trouve une équation du second degré et H3O+ = 0,0045 et donc pH=2,34 , illogique
Certains milieux universitaires en chimie sont particulièrement conservateurs et il est possible que ton professeur ignore la notion de tableau d'avancement et la notion de réaction prédominante, notions pourtant aux programmes officiels depuis 1990 environ...
Quelle est la valeur de c ?
Je t'aiderai ensuite pour utiliser la méthode de ton professeur : il ne faut pas la mépriser car, dans certains cas très compliqués, c'est la seule utilisable.
Je pense qu'elle est bien utile dans certain cas mais difficile pour moi de l'appliquer étant très habituée à la méthode de la RP.
La valeur de c est 10^-5 mol.L-1
merci d'avance
La valeur de c est très faible. Le taux de dissociation de l'acide carbonique dans l'eau est sans doute assez grand. La formule que je t'ai fournie est probablement fausse mais il semble toujours possible de négliger la seconde acidité. En notant la méthode de la R.P. conduit à :
La résolution conduit à : soit :
On obtient pH<6,5 : l'autoprotolyse est bien négligeable. Evidemment : pH<pKa2 - 1 : la seconde acidité est totalement négligeable.
Autre méthode :
électroneutralité de la solution :
en tenant compte des simplifications :
Les c mole d'acide introduites par litre sont présentes à l'équilibre soit sous forme d'acide carbonique, soit sous forme d'ions hydrogénocarbonate, soit sous forme d'ions carbonate :
en tenant compte des simplifications :
soit, en tenant compte de la relation d'électroneutralité :
On obtient la même chose que par la méthode de la RP.
On néglige HO- car on est en milieu acide ?
Dans votre dernière formule on a toujours une inconnue non ? H2CO3?
Cette valeur de pH correspond donc au domaine de majorité de HCO3- cad pka1<pH<pka2 mais pka1=6,5 ?
On néglige HO- car on est en milieu acide ?
oui mais il ne faut pas oublier, une fois le calcul effectué, de vérifier la validité de cette hypothèse en constatant : pH<6,5
Dans votre dernière formule on a toujours une inconnue non ? H2CO3?
Je n'ai pas terminé le raisonnement car il est commun aux deux méthodes : les expressions de [H2CO3] et de [HCO3-] en fonction de c et h doivent être reportées dans l'expression de Ka1
manque le "3" dans la dernière formule : [H2CO3] mais tu as sûrement compris qu'il s'agit d'un simple oubli !
ah oui d'accord j'ai trouvé la même valeur.
Dans le cas ou CO3,2- est majoritaire (pH > pka2), on a donc :
conservation de la matière : CO3,2- + HCO3- =C
electroneutralité : H3O+ = 2*CO3,2-
En remplaçant dans l'expression de Ka2 on obtient bien pH=7,5 ? il devrait être supérieur à 10 ?
En remplaçant dans l'expression de Ka2 on obtient bien pH=7,5 ? il devrait être supérieur à 10 ?
Nettement basique en tout cas ! Mais maintenant, il faut négliger la présence des ions oxonium et prendre en compte les ions hydroxyde (hypothèse valide si elle conduit à pH>7,5).
Je te laisse faire le calcul.
En imaginant une solution de carbonate de calcium correspondant à une quantité d'ions carbonate introduite par litre de solution : c=10-5mol/L , on obtient selon mes calculs :
[HO-]
9,56.10-6mol/L
pH
8,98
Attention : si tu utilises la méthode "à l'ancienne", n'oublie pas les ions calcium dans la relation d'électroneutralité.
electroneutralite : 2* Ca2+ = 2* CO3,2- + HO-
4c = 2 * CO3,2- + HO- ,
donc CO3,2- = 3c - HO- ?
je ne vois pas comment faire autrement
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