Solution d'ammoniac, conductimétrie. Concours GEIPI 2015


De nombreux produits ménagers de nettoyage sont formulés à partir de solutions aqueuses
ammoniacales. L’ammoniac est un gaz de formule brute NH3.
Ecrire le schéma de Lewis de la molécule d’ammoniac. La molécule d’ammoniac est polaire. Le montrer en plaçant sur sa représentation spatiale de Cram  les charges partielles d- et 
d+ .

Le composé NH3 est très soluble dans l’eau. Une solution aqueuse d’ammoniaque est le siège
d’un équilibre entre NH3(aq) qui, par réaction avec l’eau forme son acide conjugué : l’ion
ammonium NH4+. Le pKa du couple 
NH4+NH3 vaut 9,2.
 Rappeler l’expression littérale de la constante Ka  puis donner sa valeur numérique.
Ka = [
NH3][H3O+]/[NH4+] = 10-9,2 =6,3 10-10.
Etablir le diagramme de prédominance du couple 
NH4+NH3 sur une échelle de pH.

 Ecrire sous forme d’équation-bilan l’équilibre acido-basique né de la réaction entre NH3(aq) et l’eau.
NH3(aq) +H2O(l) = NH4+ aq +HO-aq.
Une solution ammoniacale S a été obtenue en dissolvant de l’ammoniac dans V=200,0 mL d’eau
pure. Le pH initialement mesuré vaut pH = 10,94. Identifier l’espèce prédominante dans la solution (hors solvant).

A pH supérieur à pKa, la forme base
NH3(aq) prédomine.
On se propose de réaliser le dosage de cette solution par un acide fort : l’acide chlorhydrique
(H3O+ + Cl-). On dispose à cet effet d’une solution d’acide chlorhydrique de concentration :
CHCl = 0,30 mol/L. Le suivi de ce dosage est effectué parallèlement par conductimétrie et pH-métrie. La réaction acido-basique support du dosage est considérée comme totale :
NH3 + H3O+ → NH4+ + H2O.
Les points expérimentaux obtenus en mesurant la conductivité en fonction du volume d’acide
chlorhydrique versé s = f(VHCl ) sont portés sur le graphique ci-dessous.





Déterminer le volume équivalent du titrage.
Calculer la concentration en ammoniaque CNH3 de la solution S.
A l'équivalence :
CNH3 V =CHCl Véq CNH3  =CHCl Véq / V = 0,30 *32 / 200 = 0,048 mol/L
Compléter les 4 cases vides dans l’extrait du tableau de suivi du dosage.
Données : Conductivités ioniques molaires en
S.m2.mol-1.
lH3O+) = 35,0.10-3lNH4+) = 7,35.10-3 ; l( HO -) = 19,8.10-3 ; l( Cl -) = 7,63.10-3.

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VHCl (mL) H3O+] mol/L [ HO - ] mol/L NH4+] mol/L [ Cl - ] mol/L s(mS cm-1) pH
0 1,15 10-11 (1) 8,64 10-4 0 0,23 10,94
16,0 6,78 10-10 1,47 10-5 2,30 10-2 2,22 10-2 3,39 (2)
32,0 4,75 10-6 2,11 10-9 4,14 10-2 4,14 10-2 (3) 5,32
50,0 2,14 10-2 4,68 10-13 3,84 10-2 (4) 15 1,67
(1) : [ HO - ] = 10-14 / H3O+]= 10-14 / (1,15 10-11)=8,70 10-4 mol/L.
(2) : pH = - log
H3O+]= -log(6,78 10-10) =9,17.
(3) : s =
lH3O+H3O+] + lNH4+) NH4+] +l( HO -[ HO - ] + l( Cl -) [ Cl - ]
s = 35,0.10-3 *4,75 10-3 + 7,35.10-3 *41,4 + 19,8.10-3 *2,11 10-6 +7,63.10-3*41,4 =1,6625 10-4 + 0,30429 +1,51 10-7 +0,31588 = 0,620 S m-1 =6,20 mS cm-1.
(4) : la solution est électriquement neutre.
H3O+] +NH4+] =[ HO - ] +[ Cl - ]
[ Cl - ] = H3O+] +NH4+] -[ HO - ] ~H3O+] +NH4+] ~ 2,14 10-2 + 3,84 10-2 = 5,98 10-2 mol/L.



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