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Exercice chimie : calcul de pH

Posté par
thais13
06-12-17 à 19:00

Bonjour à tous !

Je reviens vers ce forum car j'ai un peu de mal avec l'exercice suivant :

Données : pKa (NH 4+ /NH 3 ) = 9.2 ; pKa (HCOOH/HCOO- ) = 3.8
On mélange 50 mL de formiate de sodium NaHCOO à 0.10 mol.L -1 avec 30 mL de chlorure d'ammonium NH4Cl à 0.20 mol.L -1 .
1) Donnez le diagramme de prédominance des espèces en solution en fonction du pH.
2) Déterminez la réaction prépondérante.
3) Calculez le pH de la solution à l'équilibre. Précisez et vérifiez les hypothèses utilisées.

1) ça c'est bon je sais faire : on trace un diagramme en indiquant les pka de chaque couple, et on dit que NaHCOO va donner une réaction totale formant des ions Na+ spectateurs et du HCOO- et que NH4Cl va donner une réaction totale formant des ions Cl- spectateurs et du NH 4+.

2) C'est là que je bloque... Doit-on donner toutes les réactions possibles, calculer chaque K et déterminer le K le plus grand qui correspondra à la réaction prépondérante ou y a-t-il une autre méthode ?

Si quelqu'un peut m'aider, je le remercie d'avance.

Posté par
vanoise
re : Exercice chimie : calcul de pH 06-12-17 à 19:14

Bonsoir
Il serait préférable que tu indiques ce que tu es capable de faire puis ce qui te bloque. L'aide apportée ensuite sera plus efficace car mieux adaptée à ton niveau.
Les diagrammes de prédominances sont des classiques du cours. J'ai eu l'occasion de rappeler cela dans un message très récent ici : (voir les derniers messages) :
pH
Tu dois aussi savoir que la réaction présominante se fait entre l'acide le plus fort et la base la plus forte d'un autre couple acide/base, ces deux espèces devant être évidemment introduites en quantités non négligeables...
Je te laisse réfléchir...

Posté par
vanoise
re : Exercice chimie : calcul de pH 06-12-17 à 19:19

Il ne faut pas confondre les dissolutions dans l'eau des composés ioniques qui sont de simples dispersions des ions dans l'eau accompagnées d'hydratation de ces ions.
Exemple :
NH4Cl(s) NH4+(aq) + Cl-(aq)
avec les réactions acide/base qui respectent les règles dont je viens de parler dans le message précédent.

Posté par
thais13
re : Exercice chimie : calcul de pH 06-12-17 à 19:35

D'accord merci pour les diagrammes.

Pour la question 2), alors la réaction de prépondérance serait HCOO- + NH4+ (double flèche) NH3 + HCOOH  si on prend l'acide et la base des deux couples acido-basiques mis en solution. Pourtant en écrivant toutes les réactions possibles je trouve que ce n'est pas cette réaction qui est la prépondérante car elle n'a pas la constante d'équilibre la plus élevée...

Les réactions possibles seraient :
2 H20 (double flèche) H3O+ + HO- avec K=Ke=10^-14 (négligeable)
HCOO- + H2O (double flèche) HCOOH + HO- avec K=10^-3,6
NH4+ + H2O (double flèche) NH3 + H3O+ avec K=10^-9,2
NH4+ + HCOO- (double flèche) NH3 + HCOOH avec K=10^(pka2 - pka1)=10^-5,4

Donc le K le plus élevé est 10^-3,6 ce qui laisserait penser que la réaction prépondérante est :
HCOO- + H2O (double flèche) HCOOH + HO-

J'espère être assez claire.

Je ne sais pas laquelle est la bonne du coup. Est-ce que je me trompe ? Auriez-vous une explication ?

Posté par
vanoise
re : Exercice chimie : calcul de pH 06-12-17 à 20:01

Ta première idée est la bonne !
La constante d'équilibre de la première réaction que tu as évoquée vaut bien 10-5,4
En revanche, pour la réaction entre les ions éthanoate et l'eau, la constante d'équilibre vaut Kb et non Ka soit : Kb=10-10,2
Je te laisse continuer !

Posté par
thais13
re : Exercice chimie : calcul de pH 06-12-17 à 20:30

Ah oui j'ai compris mon erreur !
Pour la question 3 voici ma démarche :

On suppose que l'on néglige l'autoprotolyse de l'eau.

                              HCOO- + H2O (double flèche) HCOOH + HO-
État initial       0,2                0,3                                       0                     0
État final          0,2 - x         0,3 - x                                 x                      x

Ka = 10^(-5,4) = x^2/(0,2-x)(0,3-x)
On cherche à résoudre les solutions du polynôme de second degré :
delta = 9,6.10^-7
x = 4,9.10^-4

[H3O+]=4,9.10^-4 mol.L-1
pH=-log([H3O+])=3,3
Comme pH < 6,5 l'autoprotolyse de l'eau est bien négligée.

Ai-je fait une erreur ? Et est-ce que on admet bien comme hypothèse seulement que l'autoprotolyse de l'eau est négligeable ou y en a-t-il d'autres ?

Posté par
vanoise
re : Exercice chimie : calcul de pH 06-12-17 à 21:02

Tu n'as pas tiré toutes les conséquences de ton erreur : 10-5,4 est la constante d'équilibre de la réaction des ions ammonium sur les ions méthanoate...

Posté par
thais13
re : Exercice chimie : calcul de pH 06-12-17 à 21:14

Ah oui effectivement.

Alors en refaisant mes calculs et en remplaçant 10^5,4 par 10^-10,2 et les concentrations par 0,0625 pour HCOO- et 0,075 pour NH4+ (oui je viens de voir que je m'étais trompée), je trouve un pH de 6,5. C'est bon cette fois-ci ?

Posté par
vanoise
re : Exercice chimie : calcul de pH 06-12-17 à 22:01

La réaction prédominante est celle entre les ions ammonium et les ions méthanoate et sa constante d'équilibre vaut 10-5,4

espèces en solutionsNH4+HCO2-NH3HCOOH
Quantités introduites par litre\frac{30\cdot0,2}{80}\frac{50\cdot0,1}{80}00
concentrations à l'équilibre\frac{6}{80}-x\frac{5}{80}-xxx

Je te laisse déterminer x puis calculer le pH.

Posté par
vanoise
re : Exercice chimie : calcul de pH 06-12-17 à 22:14

Je n'avais pas fait le calcul avant mon dernier message : j'obtiens pH=6,46, ce que tu peux effectivement arrondir à 6,5. Bravo !

Posté par
thais13
re : Exercice chimie : calcul de pH 06-12-17 à 23:51

Ah merci votre tableau est très clair !
Alors Ka = 10^(-5,4) = x^2/(6/80-x)(5/80-x)
On résout le polynôme de second degré :
delta = 7,5.10^-8
x = 1,4.10^-4
On prend l'un des deux couples :
Ka = [NH3][H3O+]/[NH4+]
[NH3]=1,4.10^-4
[NH4+]=6/80-1,4.10^-4=7,5.10^-2
Donc [H3O+]=3,4.10^-7 mol.L-1
pH=-log([H3O+])=6,47
Comme pH < 6,5 l'autoprotolyse de l'eau est bien négligée.

Posté par
thais13
re : Exercice chimie : calcul de pH 06-12-17 à 23:51

Merci beaucoup !



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