Aurélie 22/10/08
 

 

Les solutions : calculs de pH, dilution

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Quel est le pH d'une solution aqueuse N/100 du chlorure d'hydrogène ? et le pH d'une solution normale.

L'acide chlorhydrique est un monoacide fort : [H+(aq)] = molarité.

pH= - log[H+(aq)] = -log 0,01 = 2 ;

La solution normale est concentrée : dans l'hypothèse où la relation ci-dessus s'applique, on trouverait pH=-log1 = 0.


Calculer le pH d'une solution obtenue en dissolvant 0,8 g de soude dans une quantité suffisante d'eau pour faire un litre de solution.

Masse molaire de la soude NaOH : M= 23+16+1 = 40 g/mol

Quantité de matière : n = m/M= 0,8/40 =0,02 mol ion HO- dans 1 L ; [HO-]=0,02 mol/L.

Le produit ionique de l'eau, à 25°C, conduit à : [H3O+] = 10-14/[HO-]=10-14/0,02 = 5 10-13 mol/L.

pH= - log 5 10-13 =12,3.


Calculer le pH d'une solution centinormale d'une solution monochloroacétique dont la constante d'acidité Ka= 1,6 10-4.

Il s'agit d'un acide faible. On note l'acide faible AH et A- sa base conjuguée. Le tableau ci-dessous est établi pour un volume V= 1 L.


avancement (mol)
AH
+H2O
=A-
+H3O+
initial
0
0,01
solvant en large excès
0
0
en cours
x
0,01-x
x
x
à l'équilibre
xéq
0,01-xéq
xéq
xéq
Ka =
[A-][H3O+]
[AH]
=
xéq2
0,01-xéq
1,6 10-4(0,01-xéq) = xéq2 ; xéq2 +1,6 10-4xéq -1,6 10-6=0 soit xéq =1,267 10-3.

pH = - log 1,267 10-3 = 2,9.

Autre méthode : pH = ½(pKa - log c) = 0,5( -log 1,6 10-4 -log 0,01)=2,9.



calculer le pH d'une solution obtenue en mélangeant 0,5 L de soude 0,2 N à un litre d'acide chlorhydrique 0,1 N.


avancement (mol)
H3O+
+HO-
=2H2O
initial
0
1*0,1 =0,1
0,5*0,2 =0,1
solvant en large excès
en cours
x
0,1-x
0,1-x
final
xf
0,1-xf
0,1-xf
On se trouve dans les proportions stoechiométriques : la solution finale est une solution de chlorure de sodium de pH=7.


Montrer que entre deux solutions de normalité N1 et N2 dont les volumes V1 et V2 réagissent l'un sur l'autre existe la relation N1V1=N2V2.

Quantité de matière de chaque réactif ( en équivalent) : N1V1et N2V2.

A l'équivalence du dosage, les réactifs sont en proportions stoechiométriques : N1V1=N2V2.


On plonge une lame de cuivre dans une solution de sulfate ferreux et une autre dans une solution de nitrate d'argent.

Décrire et expliquez ce que vous observez.

Couples oxydant / réducteur : Ag+ / Ag et Cu2+/Cu.

Le cuivre est un métal plus réducteur que l'argent : le cuivre s'oxyde et passe en solution sous forme d'ion Cu2+ , la solution prend une teinte bleue.

L'ion argent se réduit : dépôt d'argent sur la plaque de cuivre.

Couples oxydant / réducteur : Fe2+ / Fe et Cu2+/Cu.

Le cuivre est un métal moins réducteur que le fer : rien ne se passe.


Quel est la concentration en ion H+ d'une solution aqueuse contenant 0,01 mol/L de H2SO4 ? Quel est le pH de la solution ?

L'acide sulfurique est un diacide fort ; H2SO4 = 2 H+(aq) + SO42-.

[H+(aq)] = 2*0,01 = 0,02 mol/L. pH = - log 0,02 = 1,7.





On mélange 1 L de NaOH à 0,1mol/L à un litre de HCl à 0,1 mol/L .Quelle est la concentration en ions H+ dans le mélange ainsi formé.


avancement (mol)
H3O+
+HO-
=2H2O
initial
0
1*0,1 =0,1
1*0,1 =0,1
solvant en large excès
en cours
x
0,1-x
0,1-x
final
xf
0,1-xf
0,1-xf
On se trouve dans les proportions stoechiométriques : la solution finale est une solution de chlorure de sodium de pH=7.

Concentration en ion oxonium [H+(aq)] = 10-7 mol/L. 


Il faut 12 mL d'une solution d'iode à 0,1 M pour oxyder totalement 10 mL de thiosulfate de sodium en Na2S2O3.

Quelle est la concentration en mole du thiosulfate de sodium ?

Couples oxydant / réducteur : I2 /I- : I2 + 2e- = 2I-.

S4O62- / S2O32- : 2S2O32- = S4O62- + 2e-

I2 + 2S2O32- = S4O62- +2I-.


avancement (mol)
I2
+ 2S2O32-
= S4O62-
+2I-.
initial
0
12 10-3*0,1 =1,2 10-3
0,01 C
0
0
en cours
x
1,2 10-3 -x
0,01 C-2x
x
2x
final
xf
1,2 10-3 -xf
0,01 C-2xf
xf
xf
A l'équivalence : 1,2 10-3 -xf =0 soit xf =1,2 10-3 mol

0,01 C-2xf =0 ; C= 2*1,2 10-3 / 0,01 = 0,24 mol/L.


Qu'est ce que l'analyse quantitative et l'analyse qualitative ?

Qualitative : identifier chaque espèce.

Quantitative : déterminer la quantité de matière de chaque espèce. 




Quel volume d'eau doit on ajouter à 500 cm3 d'une solution, notée S, de chlorure de sodium de molarité 1,2 M pour obtenir une solution normale ?

La solution normale contient un équivalent ( dans le cas du chlorure de sodium 1 mol /L)

On note V(litre L) le volume d'eau ajouté : volume de la solution finale : 0,5 + V litre.

Quantité de matière NaCl dans la solution normale : (0,5 +V) mol

Cette quantité de matière est issue de la solution S : 0,5 *1,2 = 0,5+V ; V= 0,1 L = 100 mL.


Quel volume d'eau faut il ajouter à 250 mL de solution HCl 0,5 M, notée S, pour obtenir une solution 0,06 M ?

On note V(litre L) le volume d'eau ajouté : volume de la solution finale : 0,25 + V litre.

Quantité de matière HCl dans la solution 0,06 M : (0,25 +V)*0,06 mol

Cette quantité de matière est issue de la solution S : 0,25 *0,5 = (0,25 +V)*0,06 ; V= 1,83 L~ 1,8 L.- 10 mL d'une solution d' HCl ( c= N/100 ) sont ajoutés à 100 mL d'eau distillé.

Quel est le pH de la solution ainsi obtenue ?

 En ajoutant de l'eau on dilue la solution ; la nouvelle concentrataion de l'acide devient c' =10 c / (10+100) = 9,1 10-4 mol/L

L'acide chlorhydrique est un monoacide fort : pH final = - log c' = - log 9,1 10-4 = 3,04 ~3,0. 


Une solution d'hypochlorite de sodium NaClO est elle acide, neutre, ou basique ? Justifiez votre réponse.

couple acide base (HCLO/ ClO-) : Ka = 3,2 ,10-8 ; pKa = 7,5.

L'hypochlorite de sodium est entièrement ionisé en ion Na+ et ClO-. L'ion hypochlorite ClO- réagit partiellement avec l'eau et conduit à HClO.

L'ion ClO- est majoritaire par rapport à HClO : le pH est donc supérieur au pKa du couple acide base.

pH > 7,5, milieu basique.


Quelle est le nombre de mole de HCl présent dans 150 mL d'une solution aqueuse de densité 1,19 et contenant 37% en HCl en masse?

Quelle est la normalité de cette solution ?

1 L de cette solution a une masse m = 1,19 kg = 1190 g et contient 1190*0,37 = 440,3 g d'acide HCl pur.

Masse molaire HCl : 36,5 g/mol.

Quantité de matière dans 1 L : 440,3/36,5 = 12,1 mol/L.
L'acide chlorhydrique est un monoacide :
12,1 N. 




A 70 mL d'acide benzoïque à 0,4 N on ajoute 30 mL d'eau distillée.

a- quel est le pH de la solution obtenue ?

b- quel est le pH de la solution d'acide initiale ?

On donne le pKa =4,2.

L'acide benzoïque est un acide faible : pH initial = ½(pKa - log c) = 0,5(4,2 - log 0,4) =2,3.

En ajoutant de l'eau on dilue la solution ; la nouvelle concentrataion devient c' =70 c / (70+30) = 0,7 c = 0,7*0,4 = 0,28 mol/L

pH final = ½(pKa - log c') = 0,5(4,2 - log 0,28) = 2,37 ~2,4.


A 10 mL d'une solution d'acide sulfurique 0,2 mol/L on ajoute 10 mL de soude 0,2 mol/L.

Ecrire les différents équilibre acido-basiques en solution aqueuse de H2SO4.

 H2SO4+ H2O = HSO4-+ H3O+.

HSO4-+ H2O = SO42-+ H3O+.

En considérant  H2SO4 comme un diacide fort, quelle(s) espèce(s) est (sont) présente(s) en solution ? Quel serait le pH de la solution finale ?

Un diacide fort est entièrement dissocié en solution :  H2SO4+ 2H2O = SO42- + 2H3O+.

couples acide/ base mis en présence : H3O+/H2O et H2O/HO-.


avancement (mmol)
H3O+
+HO-
=2H2O
initial
0
2*10*0,2 = 4
10*0,2 =2
solvant en large excès
en cours
x
4-x
2-x
final
xf
4-xf
2-xf
La soude est en défaut ; il reste 2 mmol d'acide sulfurique dans 20 mL de solution :

[H3O+]= 2/20 = 0,1 mol/L ; pH = - log [H3O+] = - log 0,1 ; pH= 1.

En fait les pKa des deux acidités de H2SO4 sont : pKa1 = -3 et pKa2 = 2. Quel est le pH de la solution finale ?

Seule la première acidité est dosée par la soude ( les pKa différent de 5 unités) ; le couple acide base HSO4-/SO42- fixe le pH de la solution.

pH= pKa2 + log [SO42-]/[HSO4-]

Réaction prépondérante : HSO4-+ H2O = SO42-+ H3O+.


avancement (mmol)
HSO4-
+ H2O
= SO42-
+ H3O+.
initial
0
2
solvant en large excès
0
0
en cours
x
2-x
x
x
équilibre
xf
2-xf
xf
xf
[SO42-]=[H3O+] = xf/20 = 0,05 xf ; [HSO4-] =(2-xf)/20 = 0,05(2-xf)
Ka2 =0,01 =
[H3O+][SO42-]
[HSO4-]
=
( 0,05 xf)2
0,05(2-xf)
=
0,05 xf2
2-xf
2-xf = 5 xf2 ; xf2 +0,2xf -0,4 = 0 ; résoudre xf =0,54 mmol.

[H3O+] = 0,05*0,54 = 0,027 mol/L ; pH = - log 0,027 = 1,56 ~ 1,6.



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