Equilibres acido-basiques

[Pythaa]

Bonsoir.

J'ai trouvé cet exercice dans un de mes livres.

Dans un litre d’eau sont présents :
1.10-2 mol d’acide nitrique
2.10-2 mol d’hydroxyde de potassium
1.10-2 mol d’acétate de sodium
3.10-2 mol d’acide acétique

a) Calculer le pH de la solution (on s’aidera d’un ou plusieurs diagramme(s) du γ)
b) Calculer son pouvoir tampon.
c) La solution est diluée 10 fois. Que valent pH et pouvoir tampon ?

J'aimerai avoir des pistes pour réussir cet exercice. Comment on sait si les espèces sont des acides forts ou des acides faibles, par exemple ?
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[ZuIIchI]

Si tu as les pKa ou les Ka tu peux déterminer si l'acide ou la base en question est forte ou non.

J'ai lu déjà plusieurs versions mais il me semble qu'en dessous de pKa=2 il s'agit d'un acide fort.

Sinon il faut les apprendre mais ça vient tout seul à force.

HNO3, HCl, H2SO4 pour les acides minéraux sont fort.
CH3COOH est un acide faible.
les alcools sont des acides faibles aussi sauf le phénol.

NH3 est une base faible.
OH- est une base forte.

Si tu as les pKa tu peux répondre. Tu as du voir différentes formules de pH selon les cas : base faible/forte, acide faible/fort, mélanges, tampons ...

Qu'appelles-tu diagramme du Y ?

[Pythaa]

D'accord j'ai compris pour ça. Mais par exemple, pour les mettre en équation, on prend quoi ? Je veux dire par là, est-ce qu'on prend H+ ou NO3- par exemple ?

[jeanne08]

- est ce que tu sais faire ce que l'on appelle les diagramme du gamma ?
- HNO3 est un acide fort donc totalement dissocié en H3O+ ( pKadu couple H3O+/H2O =0 , acide le plus fort qui existe dans l'eau ) et NO3- spectateur donc qui ne figure pas sur ce diagramme
- l'hydroxyde de potassium KOH est dissocié en K+ spectateur et OH- base forte ( pKa du couple H2O/OH- = 14 )
- CH3COOH et CH3COO- ( l'acétate de sodium se dissocie en CH3COO- et Na+ spectateur ) est un couple acide faible/base faible ( pK ~4,7 )

[A voir en vidéo sur Futura]

[Pythaa]

je sais faire les diagrammes du gamma uniquement lorsque l'on a 2 espèces en solution

[jeanne08]

Alors ici tu vas avoir un peu plus d'espèces à mettre ... que tu vas mettre comme tu as l'habitude de faire )
- pKa = 0 tu as l'acide H3O+ ( et la base conjuguée H2O)
- pKa = 14 tu as la base OH- (et l'acide H2O )
- pKa ~4,7 tu as l'acide CH3COOH et la base CH3COO-

La réaction qui marche le mieux est celle de l'acide le plus fort mis ( ici H3O+ ) sur la base la plus forte mise donc celle qui correspond au plus "long" gamma . Tu vas ecrire cette réaction et tu vas voir qu'après cette réaction il ne reste plus quasiment de H3O+ et de OH-

La solution ne contient donc que de l'eau et l'acide CH3COOH et la base CH3COO- . La réaction qui a lieu est celle de l'acide le plus fort mis CH3COOH sur la base la plus forte mise CH3COO- et quand on ecrit cette réaction : CH3COOH + CH3COO- = CH3COO- + CH3COOH on voit qu'elle ne change rien : on a donc un mélange équimolaire de CH3COOH et CH3COO- que l'on appelle mélange tampon ...

[Pythaa]

J'ai pas trop compris comment faire mon diagramme. Comment sait-on ce qui reste ou non ?

[RuBisCO]

Bonjour,

Il s'agit de faire la méthode RP, tout simplement ! Il te suffit de suivre la méthode scrupuleusement :
- tu places tes couples : ici HO^-/H₂O, CH₃COO^-/CH₃COOH et H₂O/H₃O⁺.
- tu fais toujours la même technique : réaction du meilleur acide sur la meilleure base :
a) tant que tu as des gammas à l'endroit, tu as des RPQ et tu les considères totales. Tu enlèves ce qui a été consommé et tu rajoutes les produits et c'est reparti !
b) quand tu obtients ton premier gamma à l'envers (ou tu restes sur la même ligne), tu obtiens la RPC et le pH se trouve avec
c) pour vérifier, tu utilises la réaction qui se produit juste après, la RPS. Tu vérifies que l'avancement est inférieur à 1/10 de celui de la RPC et voilà !

[Pythaa]

J'ai pas tout compris

[RuBisCO]

C'est en fait exactement ce que Jeanne a décrit !

première étape : je place les couples mis en jeu sur une échelle et j'identifie les espèces présentes.
seconde étape : je fais réagi l'acide le plus fort (le plus en haut à gauche) sur la base la plus faible (le plus bas à droite).

a) Pour la première réaction, il s'agit de la réaction de H₃O⁺ sur HO^-. Le gamma est à l'endroit, la réaction est thermodynamiquent favorisé donc considéré comme quantitative/totale, c'est une RPQ.
b) Pour la seconde réaction, il s'agit de la réaction de CH₃COOH sur CH₃COO^-. Comme l'a dit Jeanne, la réaction ne modifie pas le système (pas de création de nouvelle espèce), c'est une RPC. Il s'agit d'un mélange tampon, donc tu utilises la relation d'Henderson-Hasselbalch : .
troisième étape : faire la validité du modèle : vérifie que les réactions secondaires donne un avancement au moins dix fois inférieurs que celui de la RPC.

Es-ce plus clair ?

[Pythaa]

J'ai compris pour la première question. J'ai un pH = 4.75, est-ce juste ?
Je n'ai pas compris pour la dernière question

[RuBisCO]

Un solution tampon est une solution dont le pH varie peu par dilution ou addition d'acide ou de base. C'est le cas de ton mélange : le couple acide acétique/acétate qui reste à la fin de ton mélange forme un mélange tampon.
Le pouvoir tampon permet de caractériser la solution tampon. Son expression est donnée par (le signe - signifie juste que le pH diminue avec l'ajout d'acide)

[Pythaa]

j'ai pas appris cette formule pour le mélange tampon

[RuBisCO]

Et pourtant, c'est bien de ceci dont il est question ici. Elle apparaît dans la plupart des livres pour classes préparatoires, mais c'est un complément de cours, donc non exigible.
Je te renvoies à cette discussion où jeanne08 explique comment y arriver : lien vers la discussion.
La plupart des ouvrages se contente de cette formule :

[Pythaa]

La formule que je connais est τ : = Dn / DpH

Je ne sais pas comment calculer DpH