Aurélie 17/11/09
 

 

acide base, dosage, calculs de pH, dilution, dissolution

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Dosage de l'acide oxalique C2H2O4 par la soude Na+ +HO-.


Dosage de la première acidité de l'acide oxalique :
Couples acide / base : C2H2O4 / C2HO4- ;  H2O / HO-.
C2H2O4 +HO-=C2HO4- +H2O
 Dosage de la seconde acidité de l'acide oxalique :
Couples acide / base : C2HO4- / C2O42- ;  H2O / HO-.
C2HO4-  +HO-=C2O42- +H2O.
Prédominance des espèces :

à pH = pKa1 ( 1ère demi équivalence) [
C2H2O4]=[C2HO4-]
à pH = pKa2 ( 2ème demi équivalence) [C2HO4-]=[C2O42-]


Indicateurs colorés utilisables.

La zone de virage de l'indicateur coloré doit contenir le pH du point équivalent.
E1 : hélianthine [ 3,2 ; 4,4 ] rouge  à jaune.
E2 :  rouge de crésol [7,2 ; 8,8 ) jaune  à rouge.


Le second saut de pH est beaucoup plus marqué ; la détermination de E2 est plus précise. On l'utilisera pour déterminer la concentration de l'un des réactifs.

C2H2O4 +2HO-=C2O42- +2H2O. (1)

Calcul de la concentration de la soude NaOH à 1% près si la masse d'acide oxalique C2H2O4 , 2H2O dans le becher est m = 132,2 mg.

Masse molaire de l'acide oxalique dihydraté : M = 2*12+2+4*16+2*18 = 126 g mol-1.

noxa = m/M = 0,1322 / 126 = 1,05 10-3 mol.

Quantité de matière de soude versée  à la seconde équivalence : nNaOH = CNaOH  VE2 = CNaOH  *6 10-3 mol.

Les nombres stoechiométtriques de  (1) donnent : nNaOH = 2 noxa

CNaOH  *6 10-3 = 2*1,05 10-3  ; CNaOH  = 2,1 / 6 = 0,35 mol L-1.


Exercice 2.

Quel volume de gaz ammoniac faut-il dissoudre dans V =300 mL d'eau distillée dans les conditions standards pour obtenir une solution de concentration C =0,10  mol/L ?
Quantité de matière d'ammoniac : n = C V = 0,10*0,30 = 0,030 mol
Volume de gaz ammoniac : n Vm = 0,030*22,4 =0,67 L.

La solution obtenue a un pH de 11,1.
Calculer la concentration des ions H3O+ et OH- qu'elle contient. Est ce une solution acide, basique, neutre ?
A 25°C, une solution dont le pH est supérieur à 7 est basique.
[
H3O+] = 10-pH = 10-11,1  =7,94 10-12 ~ 7,9 10-12 mol/L.
Le produit ionique de l'eau conduit  à :  [OH-] =10-14 / [H3O+] = 10-14 / 7,94 10-12 ~1,3 10-3 mol/L.





Exercice 3.

 Quel volume de gaz bromure hydrogène faut-il dissoudre dans V =5,0 litres d'eau pure pour obtenir une solution de concentration c=2,0 10-2 mol/L dans les conditions standards.
Quantité de matière de chlorure d'hydrogène : n = C V = 0,02*5 = 0,10 mol
Volume de gaz  : n Vm = 0,1*22,4 =2,2 L.

 La solution aqueuse a un pH=1.7.
Faire l'inventaire des espèces chimiques présentes dans la solution. Calculer leur concentration.
La solution contient des ions chlorure Cl- et oxonium
H3O+.
La réaction du chlorure d'hydrogène avec l'eau est totale :
HCl(g) + H2O(l) =
Cl- aq + H3O+aq.

[H3O+aq] =[Cl- aq] = c =2,0 10-2 mol/L.

Execice 4.

On dissout 0,20 g d'hydroxyde de sodium dans l'eau pure pour obtenir V = 0,10 litre de solution.
Ecrire l'équation bilan de la dissolution. Calculer le pH.
NaOH (s) = Na+aq + HO-aq.
Masse molaire de la soude NaOH : M = 23+1+17 = 40 g/mol.
Quantité de matière de soude : n = m/ M = 0,20 / 40 = 5,0 10-3 mol.
C = [
HO-aq] = n/V = 5,0 10-3 /0,10 = 5,0 10-2 mol /L.
Le produit ionique de l'eau conduit  à : [H3O+] =10-14 / [OH-] = 10-14 / 5,0 10-2 =2,0 10-13 mol/L.
pH = -log
[H3O+] =-log 2,0 10-13 =12,7.
Quel volume d'eau faut il ajouter à 20 mL de la solution précédente pour obtenir un pH=11 ?
On conduit les calculs avec l'espèce majoritaire  en milieu basique, l'ion hydroxyde.
[
HO-aq]début =5,0 10-2 mol/L  ; n HO- début = 0,05*0,02 = 10-3 mol.
[
HO-aq]fin=10-14 / 10-11 = 10-3 mol/L ; n HO- fin = 0,001*(0,02 + Veau)= 10-3 mol.
0,02 + Veau= 1 ; Veau = 0,98 L.






Exercice 5.
On prépare 3 solutions aqueuses S1, S2, S3 du même acide AH. La solution S1 est de concentration c, S2 a une concentration c2 =0,1c et S3 a une concentration c3 =0,001c
Le pH est mesuré à 25°C. On trouve respectivement : 4,25, 4,75  et 5,25.
Montrer que l'acide est faible.
On dilue 10 fois S1 pour obtenir S2 et le pH varie de 0,5 unité : l'acide est donc faible.
Le pH d'un acide fort varie de 1 unité lors d'une dilution au 10è.
Ecrire l'équation bilan de la réaction de l'acide avec l'eau.
 AH aq + H2O(l) = A-aq + H3O+aq.
Quelles sont les espèces chimiques présentes dans les solutions ?
AH aq, H3O+aq, HO-aq ( minoritaire)
Calculer la concentration de chaque espèce chimique présente dans S2 sachant que sa concentration est de 10-3 mol/L.
[H3O+aq]= 10-pH = 10-4,75 =1,77 10-5 ~1,8 10-5 mol/L.
Le produit ionique de l'eau conduit  à :  [OH-]=10-14 / [H3O+]  = 10-14 / 1,77 10-5 =5,6 10-10 mol/L.
La solurion est électriquement neutre :
[OH-] +[A-] =[H3O+] ;
[A-] =1,8 10-5 -5,6 10-10 ~1,8 10-5 mol/L.
Conservation de A :
[A-] + [AH] =10-3.
[AH] =10-3-1,8 10-5 =9,8 10-4 mol/L.

Exercice 6.

On mélange 20 mL d'une solution de chlorure d'hydrogène de pH=2,0 et 50 mL d'une solution de chlorure d'hydrogène de pH=4,0.
Déterminer la quantité de matière d'ions
H3O+ dans le mélange et en déduire le pH du mélange.
HCl(g) + H2O(l) = Cl- aq + H3O+aq ( totale).
Quantité de matière de chlorure d'hydrogène, donc d'ion oxonium :
n= 0,020 *10-2 + 0,05 *10-4 = 2,05 10-4 mol.
Volume du mélange : V =20 +50 = 70 mL = 0,070 L.

[H3O+aq] = n / V = 2,05 10-4 /0,07 =2,93 10-3 mol/L
pH = - log
[H3O+aq] = - log 2,93 10-3 =2,5.







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