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Exercices - R´eactions acido-basiques

?M´ethode : utilisation de la r´eaction pr´epond´erante (RP)

♦D´efinition :La r´eaction pr´epond´erante (R.P.) est la r´eaction qui est principale-

ment responsable du changement de composition du syst`eme chimique. C"est donc celle qui a l"avancement le plus important. La R.P. a lieu entre l"acide le plus fort en solution et la basela plus forte pr´esents en solution. En pratique :l"acide le plus fort est celui du couple depKale plus petit (´eventuellementH3O+

ouH2O) et la base la plus forte appartient au couple depKale plus ´elev´e (´eventuellementH2O

ouHO-).

Classer les couples mis en jeu par les

espèces présentes en solution sur un axe vertical gradué en pKa.

Encadrer les espèces présentes en

quantité non négligeable avant réaction. 1pKa

HO-H2O

A 1- A 2-A 1H A 2H H

2O H3O+

Base de + en + forte

Acide de + en + fort

Repérer parmi les espèces soulignées

l"acide le plus fort et la base la plus forte.

Ecrire la réaction entre les deux (c"est

la R.P.) et calculer sa constante K. 2

La R.P. n"est pas

quantitative (K<<1).

Simplifier l"équation

obtenue, faire un tableau de matière et résoudre.

3 La R.P. est

quantitative (K>>1).

Faire le nouveau bilan

des espèces présentes en quantité non négligeables (espèce à "encadrer") et reprendre l"étape 2 3"

Vérifier la validité

des hypothèses de départ. 4 ???Ex-SA1.1R´eaction pr´epond´erante et constantes d"´equilibre[C2/139]

1)On m´elange dans de l"eau pure les compos´es suivants :NH3,HCN,HFetS2-.`A l"aide d"un diagramme de pr´edominance, ´ecrire la r´eaction pr´epond´erante.

Donn´ees :pKa(NH+4/NH3) =pKa(HCN/CN-) = 9,2;pKa(HF/F-) = 3,2;pKa(HS-/S2-) = 12,9.

2)En consid´erant le diagramme de pr´edominance pr´ec´edent, pr´eciser si les r´eactions entre

les r´eactifs suivants sont totales ou limit´ees, puis v´erifier la r´eponse en calculant les constantes

d"´equilibre : a)HFetCN-;b)NH3etHS-;c)NH+4etS2- PTSI|Exercices - R´eactions acido-basiques2011-2012 ???Ex-SA1.2Acide fort et base forte[C2/139] On ajoute 1,0.10-3molde soude (NaOH) en pastilles dans 250mLd"acide chlorhydrique (H3O++Cl-) `a 2,0.10-2mol.L-1.

1)Quelle est la r´eaction pr´epond´erante? Est-elle totale ou limit´ee?

2)Faire un bilan de mati`ere et calculer lepHfinal de la solution.

R´ep :pH= 1,8.

?M´ethode : Calculer un pH `a l"´equilibre

1?´Ecrire laRP

2?Hypoth`ese 1: autoprotolyse de l"eau n´eglig´ee.

3?Faire un bilan de mati`ere et en d´eduire la relation entre laconstante

d"´equilibre de laRPet l"avancement volumique (c"est une ´equation du second degr´e (?))

4?Hypoth`ese 2:RPpeu avanc´ee

5?Calculer lepH

6?H2valable lorsquepHpKa+ 1 (milieu

basique). Dans le cas contraire,pKa-17?H1valable, en pratique, lorsquepH<6,5 (solution acide) oupH>7,5 (solution basique). dans le cas contraire, la prendre en compte. ???Ex-SA1.3pH d"un solution d"acide faible[C2/141] L"acide m´ethano¨ıque (HCO2H) est un acide faible (pKa= 3,8). Calculer lepHd"une solution aqueuse d"acide m´ethano¨ıque de concentration introduiteC0:

1)C0= 1,0.10-1mol.L-1

2)C0= 1,0.10-1mol.L-4

R´ep :pH1= 2,4 etpH2= 4,2

???Ex-SA1.4pH d"un solution de base faible[C2/141, 142]

1)On dissout dans un litre d"eau 1,0.10-5mold"ammociacNH3. Quel est lepHde la solution,

sachant quepKa(NH+4/NH3) = 9,2?

2)Un litre d"eau contient 1,0.10-3mold"ammoniac et 1,0.10-3mold"ammoniumNH4NO3.

calculer lepHsachant queNh4NO3de dissout dans l"eau de fa¸con totale.

3)calculer lepHde 1,0Lde solution contenant 1,0.10-3molde nitrate d"ammonium.

R´ep :pH1= 8,8;pH2= 9,2;pH3= 6,1.

???Ex-SA1.5Pr´eparation d"une solution tampon[C2/142] On veut pr´eparer 200mLd"une solutionSdepH= 8,9, `a partir deV1(enmL) d"une solution d"ammoniaque de concentrationC1= 0,100mol.L-1etV2(enmL) d"une solution de chlorure d"ammonium (NH4Cl) de concentrationC2= 0,150mol.L-1.

1)calculerV1etV2.

2)Quelles sont les propri´et´es de la solutionS?

R´ep :V1= 86mLetV2= 114mL.

???Ex-SA1.6Diagramme de pr´edominance et acide malonique[C26/259] [C6/129] L"acide malonique de formuleHO2C-CH2-CO2H(not´eH2A) est un diacide caract´eris´e par les constantespKa1= 2,85 etpKa2= 5,80.

1)´Ecrire les ´equations-bilans des r´eactions deH2AetHA-avec l"eau; en d´eduire l"expression

deKa1etKa2, puis le diagramme de pr´edominance des esp`eces.

2)D´eterminer l"esp`ece majoritaire dans les trois solutions caract´eris´ees par :a)pH= 3,50;b)

[H3O+] = 2,5.10-3mol.L-1;c)|HO-] = 5,2.10-10mol.L-1

2011-2012Exercices - R´eactions acido-basiques|PTSI

3)Exprimer la conservation de la mati`ere (" A » en concentration totaleCA) en fonction des

pourcentages des concentrations :α(H2A) =[H2A]

CA,α(HA-) =[HA-]CAetα(A2-) =[A2-]CA.

4)On posex=[HA-]

[H2A]ety=[A2-][H2A]. En déduire la relation entreα(H2A),xety.

5)Quelle est la composition d"une solution dont lepHest égal à3,50?

Rép : 4)α(H2A)(1

x+ 1 +y) = 1;5)α(H2A)?18,2%,α(HA-)?81,4%,α(A2-)?0,4% ???Ex-SA1.7Solution d"ammoniac[C12/122]

Pour le couple acido-basiqueNH+4/NH3:pKA= 9,2

1)Représenter le diagramme de prédominance de ce couple.

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