Solution tampon phosphate

[daftdam]

Bonjour,

J'ai une question à propos d'un exercice ou plutôt sur la correction d'un exercice que le prof de chimie nous a donné :

Voice l'énoncé :
Annale Gé.png

et la correction apporté par le prof à la question 2)b)

Correction Annale Gé.png

Je ne comprends pas pourquoi on utilise les moles alors que c'est un rapport de concentration ?
Et ensuite pourquoi le rapport des concentration de l'acide et de sa base conjuguée permettent de déterminer le volume de soude à verser ?

Dans une solution tampon les concentrations de l'acide faible et de sa base conjuguée sont appoximativement égale donc on doit chercher le volume de soude à verser pour que ce rapport soit égal à 1 ?

Merci d'avance
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[daftdam]

Personne pour m'éclairer ?

[nlbmoi]

Bonjour

Tu veux préparer une solution tampon de ph donné : à l'aide de la formule du pka, tu peux déterminer le rapport des concentrations. Dit à l'inverse, si tu as connais le rapport de concentrations des 2 espèces du couples alors tu connais le pH. Tu dois donc te débrouiller pour que les 2 espèces du couple soient dans le rapport souhaité. Ici, on veut une solution de pH 7.4 : cela ne sera possible que si le rapport des concentrations HPO4(2-) / H2PO4- vaut la valeur calculée dans la question 1b.

Pour se faire, 3 solutions : tu mélanges une solution de HPO4(2-) et une solution de H2PO4- dont le rapport est celui calculé ; soit tu pars d'une solution de la base faible (HPO4(2-) ici) que tu acidifies (avec un acide fort) : tu vas donc former des ions H2PO4- et donc modifier le rapport HPO4(2-) / H2PO4- au cours de l'ajout, tu arrêteras d'ajouter l'acide lorsque le rapport correspondra à celui calculé. Enfin, dernière solution, qui est l'inverse de la précédente, tu pars de l'acide faible de ton couple (H2PO4-) et tu ajoutes une solution de base forte (soude ici) : tu vas donc former des ions HPO4(2-) et donc modifier la valeur de ton rapport HPO4(2-) / H2PO4-. Tu vois donc qu'il va te falloir ajouter de la soude jusqu'à ce que les ions H2PO4- restants et les ions HPO4(2-) formés soient tels que le rapport des concentrations soit égal à celui calculé à la question 1b.

Dans ton exercice, tu dois calculer le volume de soude à rajouter nécessaire à retrouver le rapport déterminer en 1b. Quand tu rajoutes de la soude, tu as donc la réaction H2PO4- + OH- -> HPO4(2-) + H2O
Pour calculer le rapport des concentrations, il te faut faire un bilan de matière des espèces qui va dépendre du volume de soude versé (plus il est grand, plus la concentration en HPO4(2-) augmente et celle de H2PO4- diminue. Une fois ce bilan de matière fait, tu peux donc calculer le rapport pour différents volumes de soude versé : ici, on veut que la solution tampon ait un pH de 7.4, le rapport des concentrations devra donc valoir 1,58. Il te suffit pour terminer de résoudre cette petite équation pour trouver la valeur de V.

Pour ta dernière question, ici tu as la réponse à ta question : le rapport vaut 1.58 donc pas 1 !! En fait, toute solution qui comporte en solution l'acide et sa base faible conjuguée est une solution tampon : ton rapport de concentration peut donc valoir plein de valeurs différentes. Par ex, rien ne t'empêche, à priori, de faire une solution tampon pH=4 avec le phosphate (fais le calcul, le rapport est quantifiable). Cependant, en pratique, on peut montrer qu'une solution tampon est d'autant plus efficace que le rapport des concentrations vaut 1 (ce qui est équivalent à dire que une solution tampon est la plus efficace quand son pH est égal à son pKa).

[daftdam]

Merci beaucoup, c'est déjà beaucoup plus clair !

Juste une dernière question de notation en l'occurence :

J'ai un petit blocage par rapport au fait que dans la correction le rapport [HPO4 2-]/[H2PO4-] = n(HPO4 2-)/n(H2PO4-)

On peut passer si facilement des concentrations aux moles parce que le couple est dans un même volume ?

[A voir en vidéo sur Futura]

[nlbmoi]

Ici, quand tu ajoutes de la soude, le volume de ta solution est le même pour les 2 espèces du couple.

[daftdam]

Et enfin ultime question :

la simplification par 1.10-3 me paraît pas naturel mais on peut la réaliser parce que tous les termes sont multipliés par cette concentration ?