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Questions sur les réactions acido-basiques

Posté par
EvDavid
06-06-18 à 21:15

Bonsoir,

J'ai quelques questions concernant le cours des réactions acido-basiques lequel je n'arrive pas à avoir un niveau de compréhension satisfaisant. J'espère que vous pourrez m'aider afin que je puisse avancer.

(1) Si l'on met une concentration C d'un acide AH ( qu'il soit faible ou fort ), peut-on conclure d'emblée que l'autoprotolyse de l'eau est négligeable ou non, juste en comparant C avec 3.10-7mol.L-1 (10-6.5 normalement )  ?

(2) Est-ce qu'en ayant deux réactions (1) et (2), toutes les deux produisant l'ion oxonium H3O+  , est-ce qu'on peut parler de [H3O+]1 et de [H3O+]2 c'est à dire celui produit par chaque réaction , même s'il y'a un ordre des réactions ( réaction (1) puis réaction (2) ). Je me pose cette question afin de résoudre l'exercice suivant : On a un mélange de HCl ( donc un acide fort ) de concentration C1=10-5mol.L-1 et CH3COOH ( donc un acide faible ) de concentration C2 . Il nous est demandé de déterminer la concentration minimale de C2 à partir de laquelle CH3COOH impose son pH.
J'aimerai écrire [H3O+]2>10.[H3O+]1 et écrire ! K_{A}=\frac{h^{2}}{C_{2}-h} car selon la volonté de l'exercice h=[H3O+]2 , je ne sais si je devrai écrire KA comme dit précedemment ou je devrai écrire : K_{A}=\frac{(h-C_{1})h}{C_{2}+C_{1}-h}

J'espère que vous pourrez m'aider à comprendre ces questions et ainsi de mieux gérer les hypothèses dans les réactions acido-basiques au lieu d'apprendre bêtement.

Merci d'avance

Posté par
vanoise
re : Questions sur les réactions acido-basiques 06-06-18 à 22:01

Bonjour
1.
Ta méthode fonctionne pour un acide fort ou une base forte mais pas dans tous les cas. Si en réfléchissant qualitativement tu crois l'autoprotolyse  négligeable, tu fais ton calcul de pH comme si, puis tu considères l'hypothèse correcte si la valeur de pH obtenue n'appartient pas à l'intervalle [6,5 ;7,5].
2.
Il ne s'agirait pas plutôt de déterminer dans quelles conditions l'acide fort impose le pH ?

Posté par
EvDavid
re : Questions sur les réactions acido-basiques 06-06-18 à 23:35

Bonsoir,

Merci pour votre réponse.
Pour la deuxième question, j'en suis sûr et certain, il faut déterminer la concentration minimale de l'acide faible pour qu'il impose son pH. Je sais que dans un mélange d'acide faible et d'un acide fort, si les concentrations sont voisines c'est l'acide fort qui impose son pH , et sinon il faut tenir compte de la dissociation de l'acide faible. Mais dans cet exercice la concentration de l'acide faible est inconnu ce qui nous permet pas d'utiliser le cours.

Posté par
vanoise
re : Questions sur les réactions acido-basiques 07-06-18 à 18:45

L'acide chlorhydrique seul imposerait un pH de 5.  En appliquant la règle habituelle du dixième sur les concentrations, je pense que la valeur de c2 est celle permettant d'obtenir un pH égal à 4 avec seulement de l'acide ethanoique.

Posté par
EvDavid
re : Questions sur les réactions acido-basiques 07-06-18 à 20:47

Bonsoir,

Merci pour votre réponse, mais je ne l'ai pas vraiment compris. Cette règle nous l'avon sûrement pas étudié, mais j'aimerai comprendre comment elle marche.
De ma part, j'ai essayé de considérer la réaction de dissociation de l'acide éthanoique, et j'ai écris : K_{A}=\frac{h^{2}}{C_{2}-h} comme si la concentration de H_{3}O^{+} ne provenait que de cette réaction, et à chaque fois je minore h par 10C1 mais je suis pas convaincu de ce que j'ai fais et surtout que vais-je vérifier.

Posté par
vanoise
re : Questions sur les réactions acido-basiques 08-06-18 à 17:04

Il s'agit bien de trouver le cas limite
h=10c1=10-4mol/L. Un rapport au moins égal à 10  correspond bien à une différence de log au moins égal à 1.

Posté par
EvDavid
re : Questions sur les réactions acido-basiques 10-06-18 à 14:03

Bonjour,

Je m'excuse pour ma réponse tardive.
Est-ce que j'ai le droit d'écrire : K_{A}=\frac{[H_{3}O^{+}]_{2}^{2}}{C_{2}-[H_{3}O^{+}]_{2}} en supposant que h=[H_{3}O^{+}]_{2} au lieu d'écrire : K_{A}=\frac{h.(C_{1}+h)}{C_{2}-h} , cette fois h étant la concentration de H_{3}O^{+} dans toute la solution, et après je minore chaque fois par 10C1

Merci d'avance

Posté par
EvDavid
re : Questions sur les réactions acido-basiques 10-06-18 à 14:15

Je m'excuse pour le double post, je veux rectifier. En fait, HCl étant un acide fort il réagit immédiatement avec l'eau ainsi nous avons une concentration de [H_{3}O^{+}]=C_{1}+x , x provient da la réaction (2) . Ainsi devrai-je plutôt écrire : K_{A}=\frac{h.(h-C_{1})}{C_{2}+C_{1}-h} et je minore après h par 10C1. Ou je devrai écrire l'expression simple : K_{A}=\frac{h^{2}}{C_{2}-h} c'est comme si seulement la deuxième réaction qui produisait du H3O+

Posté par
vanoise
re : Questions sur les réactions acido-basiques 10-06-18 à 18:57

Puisque l'influence de lautoprotolyse est négligeable Ici, ton dernier message résume parfaitement la situation. Ta première formule permet d'obtenir le pH  en tenant compte des deux acides. Ta seconde formule donne le pH en négligeant c1. Imposer le pH signifie que les 2 calculs doivent conduire à un écart de pH négligeable. Reste à s'entendre sur le sens précis de négligeable Ici. Ton énoncé n'est pas précis à ce sujet. La règle empirique du dixième dont j'ai déjà parlé conduit à choisir pour limite à c2 la valeur qui conduit à pH=4 pour l'acide ethanoique seul. Tu vérifies ensuite à l'aide de ta première formule que le pH tenant compte de l'acide chlorhydrique ne s'écarte pas du précédent de plus de 0,1unité.

Posté par
EvDavid
re : Questions sur les réactions acido-basiques 11-06-18 à 15:16

Bonjour,

Je ne savais pas que l'autoprotolyse de l'eau est négligeable mais je l'ai vérifiée plus tard.
En effet les deux formules conduisent à des pH=4.00  (écart de 0.0001 entre les deux valeurs ). Mais en pratique, je n'ai pas compris pourquoi je devrai utiliser telle ou telle formule ( bon, la formule qui tient en compte des deux acides est toujours correcte) , et surtout quelle vérification je dois faire à ce stade. L'autoprotolyse de l'eau est bien négligeable ( pH<6.5 ) . Mais je ne sais pas si c'est la seule vérification à faire.
Sinon, pour la règle du dixième c'est de prendre C2=10C1 ( cela donne pH=4 aussi ) ?

Merci d'avance

Posté par
vanoise
re : Questions sur les réactions acido-basiques 11-06-18 à 19:07

Avec un peu d'habitude il est facile de savoir si négliger l'autoprotolyse est réaliste ou non. Ici l'acide chlorhydrique seul impose pH=5  et l'ajout d'acide ethanoique ne peut que le faire baisser. Il est donc certain que le pH ne sera pas compris entre 6,5 et 7,5, domaine où il faut tenir compte de l'autoprotolyse .
La règle du dixième est utilisée fréquemment, en particulier pour définir les domaines de prédominance en fonction des pKa . Elle repose sur le fait que, compte tenu de la faible précision des pHmètres, il possible de poser, si A est un réel positif et B un réel :
log(A+B)log(A) si
|B|<A /10
Cette règle s'applique aux concentrations effectives, pas aux quantités introduites par litre. Ici: difficile de comparer c2 à 10c1 car l'acide chlorhydrique est fort alors que l'acide ethanoique ne réagit que partiellement sur l'eau.

Posté par
vanoise
re : Questions sur les réactions acido-basiques 13-06-18 à 16:25

A titre d'illustration et d'approfondissement des messages précédents, voici deux  graphiques.
A gauche, j'ai représenté les variations de pH en fonction de C2 (échelle log):
1° : en tenant compte de la présence de l'acide chlorhydrique : courbe bleu correspondant à pH1 ;
2° : en supposant C1=0 (acide éthanoïque seul) : courbe rouge correspondant à pH2. On remarque évidemment que, lorsque C2 augmente, les deux courbes se rapprochent, à valeur de C2 élevée, l'acide éthanoïque se comporte comme s'il était seul en solution.
Le graphe de droite représente les variations de l'écart de pH en fonction de C2. On voit bien que cet écart devient très faible vers pH voisin de 4 . Cette méthode permet une réponse plus précise en fonction de la qualité du pHmètre à sa disposition. Les pH-mètre en général utilisés dans les laboratoires d'enseignement supérieur sont précis à 0,05 unité près ; cela conduit à C2>1,9.10-4mol/L.
Un pHmètre précis seulement à 0,1 unité près conduirait à C2>6,3.10-5mol/L....
Evidemment, cette méthode, pour ne pas être longue et fastidieuse, demande l'utilisation de moyens informatiques (un tableur au minimum) et ne peut être exigée un jour d'examen ou de concours. La méthode approchée exposée dans les messages précédents semble suffisante alors...

Questions sur les réactions acido-basiques

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