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Ionisation de l'amoniac en solution aqueuse

Posté par
Samsco 10-08-20 à 22:40

Bonsoir, j'ai besoin de votre aide svp.

Exercice :

Pour étudier l'ionisation de l'ammoniac en solution aqueuse, on prépare des solutions ayant toutes la
même molarité totale : [NH3] + [NH4]= C0= 0,1 mol.dm-3 en diluant des quantités croissantes de chlorure
d'ammonium dans des solutions d'ammoniaque de molarités croissantes. On dispose ainsi de 10 solutions
numérotées de n = 1 à n = 10, la solution de rang n ayant une concentration de n/100 (en mol/dm3) en
ammoniac et de (10-n)/100 en chlorure d'ammonium.

1°) a) Ecrire les équations d'ionisation dans l'eau de l'ammoniac et du chlorure d'ammonium.

b) Quelles sont les espèces chimiques présentes dans la solution n.

c) Ecrire les relations algébriques liant entre elles les molarités de ces espèces chimiques.

2°) On mesure les pH de toutes ces solutions avec un pH-mètre donnant une précision de 0,05 unité de pH
:

n12345678910
pH8,308,658,909,109,259,459,609,8510,2011,10


a) Montrer que dans toutes ces solutions, [H3O+] est négligeable devant [OH-].

b) Exprimer en fonction de n et [OH-] les molarités de l'ammoniac et des ions ammonium, ainsi que le rapport de ces deux dernières concentrations.

Réponses :

1)

1-a) Équations d'ionisation

NH_3+H_2O \longrightarrow NH_4^++OH^- \\ \\ NH_4Cl \longrightarrow NH_4^++Cl^-

b) Espèces chimiques présentes dans la solution n

_Ions:

H_3O^+~;~OH^-~;~NH_4^+~Cl^-

_Molécules:

H_2O~;~NH_3

Posté par
Samscore : Ionisation de l'amoniac en solution aqueuse 10-08-20 à 22:42

Je bloque à la question 1-c)

Posté par
vanoisere : Ionisation de l'amoniac en solution aqueuse 10-08-20 à 23:30

Bonsoir
La première phrase de cet énoncé ne me parait pas très correcte. L'ammoniac réagit sur l'eau selon la première réaction avec production de deux ions mais le mot "ionisation" ici n'est pas approprié ; il est réservé au gain ou la perte d'électrons par un atome ou une molécule. Les réactions acide-base étudiées ici résultent d'échanges d'ions H+, pas d'échanges d'électrons. De plus cette réaction est partielle, d'où l'usage du signe "=" ou d'une double flèche à la place de "".
La deuxième réaction demandée concerne sans doute la réaction des ions ammonium sur l'eau : réaction partielle au cours de laquelle, les ions ammonium se comportent en acide.
OK pour 1b)
Pour 1c) : la première réaction est fournie dans l'énoncé ; la seconde concerne l'électro- neutralité de la solution : celle -ci doit contenir par litre autant de charges + que de charges -.

Posté par
Samscore : Ionisation de l'amoniac en solution aqueuse 11-08-20 à 12:18

1)

1-a) Équations d'ionisation

NH_3+H_2O \longleftrightarrow NH_4^++OH^- \\ \\ NH_4Cl \longrightarrow NH_4^++Cl^- \\ \\ NH_4^++H_2O \longleftrightarrow NH_3+H_3O^+

b) Espèces chimiques présentes dans la solution n

_Ions:

H_3O^+~;~OH^-~;~NH_4^+~Cl^-

_Molécules:

H_2O~;~NH_3

c) Relations liant les molarités des espèces chimiques.

Posté par
Samscore : Ionisation de l'amoniac en solution aqueuse 11-08-20 à 12:23

\\ \left[NH_3\right]+\left[NH_4^+\right]=C_0 \\ \\ \left[NH_4^+\right]+\left[H_3O^+\right]=\left[OH^-\right]+\left[Cl^-\right]

Posté par
Samscore : Ionisation de l'amoniac en solution aqueuse 11-08-20 à 12:27

Sinon comment faire des doubles flèches avec LaTex

Posté par
vanoisere : Ionisation de l'amoniac en solution aqueuse 11-08-20 à 13:57

1° : Pour la double flèche : \leftrightarrows : taper entre les balises :
\leftrightarrows
Cependant, le signe "=" est tout à fait accepté ; il est même recommandé par les règles internationales, la double flèche étant réservée alors à la description de mécanismes de réactions chimiques en cinétique chimique.
2° : D'accord avec tes deux équations, sachant qu'il est possible de négliger dans la seconde la concentration en ions oxonium.
3° : Pour la suite : compte tenu de la quantité de chlorure d'ammonium introduite par litre et de l'équation de dissolution du chlorure d'ammonium, tu peux exprimer [Cl-] en fonction de Co et de n. Tu obtiens alors un système de deux équations à deux inconnues : [NH3] et NH4+].

Posté par
Samscore : Ionisation de l'amoniac en solution aqueuse 12-08-20 à 09:53

vanoise @ 11-08-2020 à 13:57


2° : D'accord avec tes deux équations, sachant qu'il est possible de négliger dans la seconde la concentration en ions oxonium.


Pourquoi il est possible de négliger la concentration des ions oxonium ?

Équation de dissolution du chlorure d'aluminium

NH_4Cl \longrightarrow NH_4^++Cl^-

D'après l'équation bilan

n(Cl^-)=n(NH_4^+) \\ \\ \iff [Cl^-]=[NH_4^+] \\ \\ \text{or} [NH_4^+]=C_0-[NH_3] \\ \\ \iff [Cl^-]=C_0-[NH_3] \\ \\ \iff [Cl^-]=C_0-\dfrac{n}{100} \\

Posté par
vanoisere : Ionisation de l'amoniac en solution aqueuse 12-08-20 à 11:29

Citation :
\left[Cl^{-}\right]=\left[NH_{4}^{+}\right]


Pas tout à fait car l'ion ammonium est un acide très faible qui réagit très partiellement sur l'eau selon une équation dont tu as précédemment écrit l'équation. En revanche, compte tenu de la dissolution du chlorure d'ammonium dans l'eau, la concentration en ions chlorure est égale à la quantité d'ions ammonium introduite par litre. Cela donne :

\left[Cl^{-}\right]=\frac{10-n}{100} (en mol/L)

Tu devrais être capable de continuer maintenant...

Posté par
vanoisere : Ionisation de l'amoniac en solution aqueuse 12-08-20 à 13:58

Citation :
Pourquoi il est possible de négliger la concentration des ions oxonium ?

Ceci est l'objet de la question 2a)...
Sachant que dans ces expériences : pH8,30, je te laisse vérifier que :
[H3O+] 5.10-9mol/L
[HO-] 2.10-6mol/L
La concentration en ions oxonium est toujours au moins 400 fois plus petite que celle en ions hydroxyde. Les concentrations en ions ammonium et en ammoniac sont encore nettement plus élevées : de l'ordre de 10-2mol/L selon les valeurs de n. On voit bien ainsi que les ions oxonium sont beaucoup moins nombreux que les autres. On peut donc négliger [H3O+] devant les autres concentrations dans l'équation traduisant l'électro-neutralité.

Posté par
Samscore : Ionisation de l'amoniac en solution aqueuse 17-08-20 à 10:24

En fait , j'ai pas compris , puisque [NH4+]=(10-n)/100 alors quelle est la différence entre ça :

vanoise @ 12-08-2020 à 11:29

En revanche, compte tenu de la dissolution du chlorure d'ammonium dans l'eau, la concentration en ions chlorure est égale à la quantité d'ions ammonium introduite par litre. Cela donne :

\left[Cl^{-}\right]=\frac{10-n}{100} (en mol/L)


Et ça :

Citation :
\left[Cl^{-}\right]=\left[NH_{4}^{+}\right]

Posté par
vanoisere : Ionisation de l'amoniac en solution aqueuse 17-08-20 à 14:58

Citation :
puisque [NH4+]=(10-n)/100 alors quelle est la différence entre ça

Je t'ai déjà expliqué que cette égalité est fausse !
Reprenons les bases ; je crois que tu confonds deux choses différentes :
1° la concentration réelle d'une espèce donnée, notée à l'aide de crochets (par exemple [NH4+]) ;
2° la quantité de cette espèce introduite par litre, appelée concentration de la solution et notée souvent "c".
Ici, tu introduis par litre de solution : c=(10-n)/100 mole par litre de NH4Cl, ce qui produit par dissolution c mol/L ions Cl- et c mol/L ions NH4+.
Les ions chlorure sont indifférents : ils ne participent ici à aucune réaction, donc :
[Cl-]=c=(10-n)/100 mol/L
Cependant, les ions ammonium réagissent partiellement sur l'eau et la réaction de NH3 sur l'eau produit de tels ions ; leur concentration réelle est donc différente de la quantité introduite par litre  :
[NH4+] c
D'ailleurs, la relation d'électro-neutralité déjà écrite conduit à :
[NH4+]=[Cl-]+[HO-]=(10-n)/100 + [HO-]
Je te laisse en déduire l'expression de [NH3] et continuer...

Posté par
Samscore : Ionisation de l'amoniac en solution aqueuse 19-08-20 à 18:25

Ok!

\left[NH_4^+\right]=\left[Cl^-\right]+\left[OH^-\right] \\ \\ \left[NH_4^+\right]=\dfrac{10-n}{100}+\left[OH^-\right]~(1) \\ \\ \left[NH_4^+\right]+\left[NH_3\right]=C_0 \\ \iff \left[NH_3\right]=C_0-\left[NH_4^+\right] \\ \\ \iff \left[NH_3\right]=C_0-\dfrac{10-n}{100}-[OH^-]~(2) \\ \\ (2)/(1): \dfrac{\left[NH_3\right]}{\left[NH_4^+\right]}=\dfrac{C_0-(\frac{10-n}{100}+\left[OH^-\right])}{\frac{10-n}{100}+\left[OH^-\right]} \\ \\ \dfrac{\left[NH_3\right]}{\left[NH_4^+\right]}=\dfrac{C_0}{\frac{10-n}{100}+\left[OH^-\right]}-1

Posté par
vanoisere : Ionisation de l'amoniac en solution aqueuse 19-08-20 à 19:35

Ce que tu as fait est correct mais peut être simplifié compte tenu de la valeur de Co=(1/10)mol/L :

\left[NH_{3}\right]=C_{o}-\frac{10-n}{100}-\left[HO^{-}\right]=\frac{n}{100}-\left[HO^{-}\right] \\ \\ \dfrac{\left[NH_{3}\right]}{\left[NH_{4}^{+}\right]}=\dfrac{n-100\left[HO^{-}\right]}{10-n+100\left[HO^{-}\right]}

Posté par
Samscore : Ionisation de l'amoniac en solution aqueuse 21-08-20 à 16:51

D'accord , sinon :

vanoise @ 12-08-2020 à 13:58

Ceci est l'objet de la question 2a)...
Sachant que dans ces expériences : pH8,30, je te laisse vérifier que :
[H3O+] 5.10-9mol/L
[HO-] 2.10-6mol/L


pH ≥ 8,30
=> -pH ≤ -8,30
=>  10-pH ≤ 10-8,30
=> [H3O+] ≤ 5.10-9 mol/L

Comment je montre que:

[OH-] ≥ 2.10-6 mol/L

Posté par
vanoisere : Ionisation de l'amoniac en solution aqueuse 21-08-20 à 17:59

L'équilibre d'autoprotolyse de l'eau est toujours présent :
[H3O+].[HO-]=10-14 à 25°C ...

Posté par
Samscore : Ionisation de l'amoniac en solution aqueuse 23-08-20 à 11:04

vanoise @ 21-08-2020 à 17:59

L'équilibre d'autoprotolyse de l'eau est toujours présent :
[H3O+].[HO-]=10-14 à 25°C ...


Et comment savez vous qu'on est à 25°C ?

Posté par
vanoisere : Ionisation de l'amoniac en solution aqueuse 23-08-20 à 11:51

Les professeurs expliquent cela en général pendant leur premier cours sur la pHmétrie mais ne le rappellent pas ensuite à chaque fois et les élèves oublient. La valeur de Ke varie avec la température. Elle vaut 10-14 seulement à 25°C. Par exemple à 37°C (température moyenne du corps humain) : Ke=1,9.10-14. A cette température, une solution neutre n'a pas un pH égal à 7 mais égal à :
pH=-½.log(1,9.10-14)=6,86.
Sans précision particulière dans les énoncés de problèmes, les solutions étudiées en pHmétrie sont toujours supposées être à la température de 25°C.

Posté par
Samscore : Ionisation de l'amoniac en solution aqueuse 23-08-20 à 11:57

Ah oui , d'accord merci !


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