Inscription / Connexion Nouveau Sujet
Niveau terminale
Partager :

Variations de pH

Posté par
Stab
29-09-20 à 22:26

Bonsoir! voici un exercice qui me pose problème:

On dispose d'une solution aqueuse d'hypochlorite de potassium (KClO) 0,100 mol/L. Le pKA du couple (HClO/ClO-) est égal à 8,0 à 25 °C.

1) Calculer le pH de la solution.
J'ai envie de dire de KClO est un sel et que son ajout dans l'eau ne modifie pas son pH donc la solution reste neutre soit pH=7

2) A 40 mL de la solution, on ajoute 20 mL de la solution d'acide hypochloreux (HClO) 0,200 mol L-1.
Quel est le pH de la solution obtenue ?
Si mon hypothèse de la question est bonne et si l'acide hypochloreux est faible (?), alors pH = (1/2)(pKa-log(C)) =(1/2)(8-log(0,2)) = 4,35

3) A la solution précédente, on ajoute 5 mL d'une solution d'acide chlorhydrique 0,300 mol/L. Quelle est la variation de pH observée ?
Aucune idée...

4) Quelle aurait été la variation de pH si les 5 ml de la solution de HCl 0,300 mol/L avaient été ajoutés dans 60 mL d'eau pure ? Que peut-on en conclure ?
Idem....

Merci!

Posté par
vanoise
re : Variations de pH 29-09-20 à 23:26

Bonsoir
Question 1 :  l'ion hypochlorite est une base faible, la base faible de l'acide hypochloreux HClO.
Question 2 : as-tu entendu parler de solution tampon ?
Question 3 : l'acide fort H3O+ va réagir de façon quasi totale sur la base faible ClO-
Je te laisse rectifier...

Posté par
Stab
re : Variations de pH 30-09-20 à 00:08

1) acide faible : pH = (1/2)(pKa-log(Ca))
=0,5x8-0,5log(0,1) =4,5.

2) On mélange une base (ClO-) et son acide conjugué (HClO), on a donc une solution tampon dont le pH varie très peu par ajout d'une petite quantité d'acide ou de base. On peut considérer que le pH de la solution est maintenu à 4,5 même après ajout d'acide hypochloreux HCl.

3) (pas sûr)
[H3O+] = [ClO-] = [KClO]/2 = 0,05
-log (0,05) = 1,3. On observe une variation de pH de -1,3

4) Si HCl est un acide fort, pH =-log (Ca) =. -log (0,3) = 0,52
pH eau pure = 7
On observe une variation de pH de -6,48.
On voit que la variation de pH est beaucoup plus importante lorsque l'acide est ajouté dans de l'eau pure plutôt que dans une solution tampon. Que peut-on en conclure ? L'utilité d'une solution tampon dans le maintien d'un pH fixe d'une solution ?

Posté par
vanoise
re : Variations de pH 30-09-20 à 11:16

Les tables thermodynamiques, a priori fiables, en ma possession, indiquent un pKa égal à 7,40 pour ce couple. Arrondir à 8 ne me semble pas correct.
Question 1 : l'ion hypochlorite est une base faible, pas un acide faible. Si tu veux utiliser la formule simplifiée donnant le pH, il faut vérifier que le résultat obtenu est bien cohérent avec les hypothèses simplificatrices...
Question 2 : Une solution tampon possède un pH voisin du pKa, pas nécessairement égal au pKa et encore moins égal au pH de la solution acide seule. Tu connais la relation ci-dessous. Pour une même solution de volume V donné, le rapport des concentrations est égal au rapport des quantités en moles.

pH=pK_{a}+\log\left(\dfrac{\left[ClO^{-}\right]}{\left[HClO\right]}\right)=pK_{a}+\log\left(\dfrac{n_{ClO^{-}}}{n_{HClO}}\right)
Tu peux calculer les quantités d'acide et de base conjuguée introduites dans les 60mL de mélange. L'acide et sa base conjuguée étant tous les deux très faibles, tu peux considérer que ces deux espèces réagissent très peu sur l'eau et qu'ainsi, les quantités présentes à l'équilibre sont égales aux quantités introduites.
Je te laisse réfléchir et corriger...

Posté par
Stab
re : Variations de pH 30-09-20 à 17:29

1) KClO + H2O = K+ + ClO-
ClO- + H2O = HClO + HO-
pH = 7 + 1/2(pKa + log Cb)
pH = 7 + 1/2(8 + log 0,1)
pH = 10,5

2) pH = pKa + log [ClO-]/[HClO]  = pKa + log (n(ClO-)/n(HClO))
n(ClO-) = CxV = 0,1x40E-3 = 4E-3 mol
n(HClO) = CxV = 0,2x20E-3 = 4E-3 mol
Donc pH = 8 + log 1 = 8
(on a pH=pKa, solution tampon)

...

Posté par
vanoise
re : Variations de pH 30-09-20 à 18:16

Tes calculs sont corrects. Pour la première question, comme déjà expliqué, il faut justifier les hypothèses simplificatrices conduisant à ce résultat. Sinon, il faudrait faire un calcul complet, style de celui d'un précédent message !
OK pour la solution tampon.

Posté par
Stab
re : Variations de pH 01-10-20 à 19:10

Je n'arrive pas à la 3)

Posté par
vanoise
re : Variations de pH 01-10-20 à 19:24

On obtient une réaction quasi totale entre l'acide le plus fort (les ions oxonium apportés par l'acide chlorhydrique) et la base la plus forte : les ions ClO-. (attention : j'écris la base la plus forte présente en solution, je n'écris pas que les ions ClO- se comportent en base forte...)
Tu peux faire un tableau d'avancement. Tu va en déduire les quantités de ClO- et de HClO présentes après réaction. Tu auras le pH à partir de la formule rappelée dans mon message du 30-09-20 à 11:16...

Posté par
Stab
re : Variations de pH 03-10-20 à 20:17

3) La réaction se fait dans le sens : A- + H3O+ = AH + H2O
Les concentrations en acide (HClO) et en base (ClO-) ont été faites dans la question 2) :
n(ClO-) = CxV = 0,1x40E-3 = 4E-3 mol
n(HClO) = CxV = 0,2x20E-3 = 4E-3 mol
On ajoute 5 mL d'HCl à 0,3M donc n(H3O+) = CxV = 0,3x5E-3 = 1,5E-3 mol.
On fait le tableau d'avancement de la réaction :

                          ClO-     +     H3O+      =      HClO      +      H2O
à t=0              4E-3             1,5E-3               4E-3               EXCES
à t=éq          4E-3-x        1,5E-3-x           4E-3+x          

Les ions ClO- (base la plus forte en solution), réagissent totalement avec les ions H3O+ qui proviennent de l'acide HCl que l'on ajoute.
H3O+ est donc le réactif limitant, car en concentration plus faible (et proportions stoechiométriques) donc xéq = 1,5E-3.
Donc n(ClO-)éq = 2,5E-3 et n(HClO)éq = 5,5E-3.
Dans le cas de cette solution tampon, pH = 8 + log(2,5E-3/5,5E-3) = 7,66.
Donc la variation de pH observée est pH = 8-7,66 = 0,34.

Est-ce correct? Pour la 4) je ne pas sûr :

4) Dilution : CiVi = CfVf <-> Cf = (CiVi)/Vf = (0,3x5E-3)/65E-3 = 0,023M
(je ne sais pas s'il est plus logique de prendre Vf = 65 mL (60 mL d'eau + 5 mL de solution d'HCl) ou juste 60 mL d'eau ??)
La réaction est : HCl + H2O --> Cl- + H3O+ (dissociation totale car HCl acide fort)
donc pH = -log[H3O+] =  -log[HCl] = -log[Cf] = -log[0,023] =  1,64
La variation de pH observée est pH = 7(pH eau pure) -1,64 = 5,36.

CONCLUSION : Comme on pouvait le prévoir, l'ajout d'une petite quantité d'HCl fait très peu varier le pH de la solution tampon, mais il fait considérablement varier le pH lorsqu'il est introduit dans de l'eau pure.

Posté par
vanoise
re : Variations de pH 03-10-20 à 22:37

Tout cela est très bien. Bravo !

Posté par
Chimival
re : Variations de pH 06-10-20 à 09:55

Bonjour,
Ma question s'adresse plutôt à Vanoise :
- Dans la question 1)  on trouve PH = 10,5    donc  POH =3,5 ; Cependant si on part de l'équation : ClO-  + H2O <------> HCLO + OH-    on a 4 équations :
    [ClO-] + [HClO] = c
    [CLO-] + [OH-] = [H+] (conservation de la charge)
   [H+] [OH-] = Ke
    Kb = [HClO] [OH-]/ [ClO-]

On voit que la 2ème équation n'est pas vérifiée : 10**(-3,5) >> 10**(-10,5)
   Où est l'erreur dans mon  raisonnement ?
       Cordialement


  

Posté par
vanoise
re : Variations de pH 06-10-20 à 11:04

Bonjour Chimival
Dans l'équation traduisant l'électroneutralité de la solution, tu as oublié les ions potassium.

Posté par
Chimival
re : Variations de pH 06-10-20 à 13:15

Bonjour Vanoise,
Merci pour la réponse ;
- Donc nous avons :   [CLO-] + [OH-] = [H+] + [K+]  (conservation de la charge)
avec  [K+] = c = 10**(-1)     car ions spectateurs ;
    d'où [CLO-] = 10**(-1) + 10**(-10,5) - 10**(-3,5)   d'où  [CLO-]  #  10**(-1) - 10**(-3,5)  
             [HClO] = Kb * [ClO-]/[OH-] # 10**(-3,5)
              [OH-] = 10**(-3,5)
             [H+] = 10**(-10,5) # 0
et ça marche !
              Cordialement
        



Mentions légales - Retrouvez cette page sur l'île de la physique - chimie
© digiSchool 2024

Vous devez être membre accéder à ce service...

Pas encore inscrit ?

1 compte par personne, multi-compte interdit !

Ou identifiez-vous :


Rester sur la page

Inscription gratuite

Fiches en rapport

parmi 237 fiches de physique

Désolé, votre version d'Internet Explorer est plus que périmée ! Merci de le mettre à jour ou de télécharger Firefox ou Google Chrome pour utiliser le site. Votre ordinateur vous remerciera !