Aurélie 05/06

acide benzoïque, solution tampon : d'après concours technicien chimiste Lille 2003

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problème 9

 On dispose d'une solution B d'acide benzoïque de concentration CB= 2,5 10-2 mol/L et d'une solution C d'acide chlorhydrique de concentration CC= 1 10-3 mol/L.

  1. Le pH de la solution B est égal à 2,9. Montrer que l'acide benzoïque est un acide faible et déterminer le rapport "a" entre la quantité d'acide ayant réagi avec l'eau et la quantité introduite en solution ( coefficient d'ionisation de lacide benzoïque)
  2. On prélève 10 mL de la solution B que l'on place dans une fiole jaugée de 1 L. On complète avec de l'eau distillée jusqu'au trait de jauge. La mesure du pH de cette solution B1 donne pH= 3,9. Déterminer le coefficient d'ionisation "a1" de l'acide benzoïque dans B1 et conclure.
  3. On mélange 100 mL de solution B avec 100 mL de solution C. Le pH du mélange vaut 3,25. En négligeant les ions oxonium issus de l'eau, déterminer la quantité nb d'ion oxonium résultant de l'ionisation de l'acide benzoïque dans ce mélange. Déterminer le coefficient d'ionisation "a2" de l'acide benzoïque dans le mélange et conclure.
  4. Calculer le pH d'une solution tampon qui contient 0,01 mol d'acide benzoïque( Ka= 6,6 10-5) et 0,01 mol de benzoate de sodium.
  5. Quelles sont les caractéristiques d'une solution tampon ?

corrigé
acide benzoïque est un acide faible :

pour un acide fort : pH=-log c ; pour un acide faible pH>-log c

cas de l'acide benzoïque : -log c= - log 2,5 10-2 =1,6 ; pH mesuré = 2,9 ; l'acide benzoïque est donc un acide faible.

coefficient d'ionisation a= [H3O+]/CB=10-pH / CB= 10-2,9 / 2,5 10-2 = 0,050.

coefficient d'ionisation "a1" : facteur de dilution : F= 1000 / 10 = 100 ; CB1= 2,5 10-4 mol/L

a1= [H3O+]/CB1=10-pH / CB1= 10-3,9 / 2,5 10-4 = 0,50.

Par dilution, un acide faible se rapproche d'un acide fort ( la dissociation de l'acide faible augmente par dilution)

coefficient d'ionisation "a2" : facteur de dilution : F= 200 / 100= 2 ; CB2= 1,25 10-4 mol/L

a2= [H3O+]/CB2=10-pH / CB2= 10-3,25 / 1,25 10-2 = 0,045.

quantité nb d'ion oxonium résultant de l'ionisation de l'acide benzoïque dans ce mélange :

nB= 10-pH*(0,1+0,1) =10-3,25 *0,2 =1,12 10-4 mol

C6H5COOH + H2O= H3O++C6H5COO-

en ajoutant un acide ( des ions oxonium) on déplace l'équilibre précédent vers la gauche.

pH d'une solution tampon qui contient 0,01 mol d'acide benzoïque( Ka= 6,6 10-5) et 0,01 mol de benzoate de sodium

pH=pKa + log ([C6H5COO-]/[C6H5COOH] = 10-pKa + log 1 = 4,18.

caractéristiques d'une solution tampon :

le pH ne varie pas par dilution;

modère les variations de pH lors de l'ajout modéré d'une quantité d'ion oxonium ou hydroxyde.

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