Neutralisation CaCO3 par HCL

[cocote13]

Salut,

Je cherche la relation permettant de calculer le volume d'acide chlorhydrique à ajouter à du carbonate de calcium en solution pour le neutraliser.
je n'arrive pas à trouver la relation!!!

Je dissous au départ une masse de 1gCaCO3, que je mets dans 100ml d'eau, dc je connais ma concentration et mon nombre de moles. au départ j'ai un pH=10,23.
Je rajoute au fur et à mesure du HCl à 12M et je veux calculer pour quel volume d'aice ajouté j'aurai un pH = 7?
j'ai essayé plusieurs calculs je ne trouve pas, j'ai essayé les relations avec les 2 pka, en considérant ttes les espèces en présence mais je n'y arrive pas.
Quelqu'un aurait-il une idée? merci beaucoup

[HarleyApril]

le HCl 12N ne se convervant pas très bien, ton calcul ne donnera pas un résultat que tu pourras appliquer directement
il te faudra ajuster en mesurant le pH

les deux acidités correspondent à
H2CO3 → HCO3- + H+ (pKa = 6.35)
HCO3- → CO32- + H+ (pKa = 10.33)

si tu te places à pH 7, c'est le premier équilibre qu'il faut considérer
connaissant la concentration en proton, la définition du Ka te permet de calculer la concentration en acide carbonique et en bicarbonate (utilise la conservation de la matière)

l'électroneutralité te permettra ensuite de calculer la concentration en chlorure

ceux-ci proviennent de l'acide ajouté, d'où le calcul du volume ajouté

cordialement

[cocote13]

merci beaucoup d'avoir répondu
mais si je prends la relation pH = pka1 + log [HCO3-]/[H2CO3], dans cette relation je connais le pH et le pka1 mais je ne connais pas HCO3- ni H2CO3.
je ne connais que CO3--. Faut-t-il que j'exprime [HCO3-] et [H2CO3] en fonction de [CO3--]? mais j'ai toujours des inconnus

et ensuite à la fin en fait j'ai une mole d'acide qui réagit avec 1 mole de carbonate c ça?

[HarleyApril]

la somme des concentrations en acide carbonique et en hydrogénocarbonate correspond à ce que tu as introduit en carbonate initialement
tu as donc :
[H₂CO₃] + [HCO₃^-] = c
et
Ka = [H⁺]*[HCO₃^-]/[H₂CO₃]

soit deux équations à deux inconnues
tu en tireras [H₂CO₃] et [HCO₃^-] en fonction de la concentration correspondant au carbonate introduit que j'ai notée c

bonne continuation

[cocote13]

ah voila c la première relation que je n'avais plus en tête! merci!
et ensuite je dis qu'une mole d'acide réagit avec une mole d'HCO3-

d'où [HCO3-] VHCO3- = V HCL [HCl]

[HCO3-] je viens de le calculer d'après monsystème de 2 équations à 2 inconnues, je connais VHCO3-, mon volume de solution initial, si j'ai [HCl] j'en déduis V HCl
je crois queje suis bon là non?

par contre dans mon calcul je considère que j'ai [HCl] à 37% = 12 mol.l-1 mais si tu me dis qu'il n'est pas stable ce n'est pas bon alors!

J'ai relevé les valeurs dee pH et de V HCl. A a limite je peux m'en servir et calculer [HCl]...

[cocote13]

oups non je crois que je me suis trompé!

en fait il faut que je prenne:
[HCO3-] + [OH-] + [Cl-] = [Ca2+] + [H+]

[Ca2+] je considère que c'est égale à c
je connais tout sauf [Cl-]


et ensuite je peux calculer le volume d'HCl

[HarleyApril]

pour l'électroneutralité, une petite correction
[HCO3-] + [OH-] + [Cl-] = 2[Ca2+] + [H+]
et, puisque tu es à pH 7, ça se simplifie en

[HCO3-] + [Cl-] = 2[Ca2+]

bonne continuation

[cocote13]

voila j'ai trouvé, mais je ne retrouve pas le volume d'acide que j'ai rajouté pour avoir pH=7.

J'ai bien une mole d'acide qui réagit avec 1 mole de HCO3-?

donc V HCl = [HCO3-] V HCO3- / [HCl] ?

j'ai c = 0.1 mol.l-1 , V HCO3- = V carbonate = 0,1 l
j'ai trouvé [HCO3-]= 0,08 mol.l-1, [HCl] = 0,12 mol.l-1

D'après ces données je trouve un volume d'acide à rajouter de 66 ml alors que j'en ai rajouté 4,7ml! bizarre!

[raymond_la_science]

bonjour
Voilà bien le type de question piège :
Dissoudre 1 g de CaCO3 dans 100 ml d'eau est une tâche titanesque puisque le carbonate est pratiquement insoluble dans l'eau.
Ensuite tenter un ajustement à un pH précis avec de l'acide chlorhydrique 12 N est une tâche encore plus titanesque.
Le résultat de la vérification expérimentale doit donc être pris avec la plus grande circonspection.
A priori avec 1g de CaCO3, tu disposes de 1/100 de mole de CaCO3, il y deux acidités sur l'acide carbonique il te faut en théorie 0.02*1000/12= 1.66 ml d'HCL 12 N pour neutraliser les deux acidités, s'agissant du sel d'une base faible neutralisé par un acide fort le pH sera alors en zone acide. Pour atteindre pH =7 il faut donc verser moins de 1.66 ml d'HCL 12 N.
Pour un calcul plus précis, il faut considérer que l'on neutralise la première fonction du carbonate avec V1 ml d'HCL 12 N puis envisager l'équilibre HCO3-/H2CO3 et utiliser la relation d'Henderson-Hasselbach pour la préparation des solutions tampons soit pH= 6,35 +log(Base/Acide) et calculer le volume supplémentaire d'acide soit V2 au total V1+ V2.
Comme déjà précisé et pour les raisons précisée plus haut, ce protocole est à bannir absolument.
Cordialement
rls

[cocote13]

petite rectification:

l'acide chlorhydrique à 12M est la solution mère. j'utilise en fait cette solution diluée 100 fois.
Même en faisant les calculs je ne retombe pas sur le volume d'acide réel que j'ai rajouté.

je rappelle que j'ai au départ 1g de CaCO3 dissous dans 100 ml d'eau. Le pH initial est de 10,3. En faisant mon dosage, j'ajoute 4,7 ml d'HCl pour arriver à un pH=7.

Pouvez m'aidez à trouver la relation mathématique permettant de calculer ce fameux volume d'HCl pour arriver à la neutralité?

Merci beaucoup je ne m'en sors pas, j'ai pris le problème dans tous les sens je ne retombe pas sur ce fameux volume!!!

[HarleyApril]

résolution
tu as 1g de carbonate de calcium
la masse molaire étant de 100g/mol tu en as donc 10mmol
dans 100mL, ça fait une solution à 0,1mol/L
1- à la louche
tu dilues ton acide 12N 100 fois, tu as une solution à 0,12mol/L, comme tu es un peu au-dessus du premier pKa de l'acide carbonique, c'est que tu as neutralisé la première basicité et tu attaques la deuxième, tu vas donc trouver pas loin de 100mL (il faut plus d'un équivalent, mais l'acide est un peu plus concentré que 0,1N donc l'un dans l'autre ...)
2-calcul exact
en utilisant la définition du pKa, il vient [H₂CO₃]=10^-0,65*[HCO₃^-]
en reportant dans la conservation du carbonate, on obtient
[HCO₃^-]=[Ca²⁺]/(1+10^-0,65)
L'électroneutralité s'écrit
[HCO₃^-] + [OH^-] + [Cl^-] = 2[Ca²⁺] + [H⁺]
Comme on est à pH7, on simplifie les [H⁺] avec les [OH^-] :
[HCO₃^-] + [Cl^-] = 2[Ca²⁺]
En reportant l'expression trouvée pour [HCO₃^-] on obtient
[Cl^-]=[Ca²⁺]*(2-1/(1+10^-0,65))
en appelant n₀ la quantité de carbonate de calcium introduite, N_a et V_a la normalité et le volume d'acide ajouté, on trouve
V_a=n₀/N_a*(2-1/(1+10^-0,65))
L'application numérique conduit alors à trouver un volume de 98mL

cordialement