Solution tampon

[Soo]

J'aurais besoin d'aide concernant les solutions tampons et leur préparation!
Par exemple si on a du benzoate de sodium solide (C6H5COONa) et une solution d'acide chorydrique de concentration 1 mol.L-1, comment on peut préparer 1L de solution tampon de pH=4.5?

Il faut d'abord cherche la quantité de benzoate de sodium à dissoudre dans la solution de HCl c'est ça?

J'ai comme équation C6H5COONa=C6H5COO- + Na+ avec C6H5COONa le sel
et C6H5COOH + H2O = C6H5COO- + H3O+ et ka=6*10^-5

Mais comment continuer? Je me complique peut être la vie!

Merci pour votre aide!
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[Laury29]

salut
en fait il faut que tu résolves le système à deux équations afin d'obtenir les concentration en acide et en base que tu auras dans ta solution tampon. Après tu trouve le volume de HCl à introduire et la masse de CH3COONa à dissoudre.
Voilà

[dggchim]

Bonjour Soo,

Une solution tampon est une solution qui garde son pH même si on ajoute un peu d'acide ou de base. On choisit une substance en fonction de son pKa qui doit être identique ou proche du pH désiré.

Théorie : équation chimique HA = A- + H+ (HA est un acide faible)
équation d'équilibre Ka = (A-)x(H+)/HA

Si il y a autant de H+ que de A-, car tu utilises un acide faible et tu ajoutes une base forte
Ka = H+^2/HA (H+=A-)

Si les concentrations sont: HA =A- tu obtiens Ka= H+ ou pKa = pH
Donc c'est simple: faire une solution qui contient autant de sel(A-) que d'acide(HA) c'est obtenir une solution tampon de pH=pKa

Pour ton exemple:c6C5cooH Ka=6,5 10E-5 ==> pKa = 4,18
Si à ton sel, tu ajoutes de l'HCl pour en acidifier la moitié, pas besoin de calcul tu viens de faire un tampon pH=4, 18. Si tu veux un autre pH, tu fais soit comme dit Laury 29, soit dans une table tu prends un composé dont le pKa=4,5 ==> acide acétique/ acétate.

Ce procédé, ce n'est pas seulement pour éviter le calcul mais pour avoir une solution tampon robuste car faire une solution de pH 6,18 par exemple avec l'acide benzoïque c'est avoir un rapport benzoate/ ac benzoïque de 100 sur 1 très sensible à l'ajout d'une base ou d'un acide.

J'espère avoir été clair et pas trop long

[Soo]

Merci beaucoup pour vos conseils, ça m'a aidé!

[A voir en vidéo sur Futura]

[Soo]

Pouvez vous me dire si le résultat que je trouve est juste, ainsi que le raisonnement?

J'ai donc les équations suivantes:
C6H5COO- + H2O = C6H5COOH + H3O+
2H2O = H3O+ + OH-

Soit n le nombre de moles de C6H5COONa qu'on met dans un litre de solution. On sait:
[Na+]=n
[Cl-]=1
[C6H5COOH]+[C6H5COO-]=n (1)
[H3O+]=10^-4.5
[OH-]=10^-9.5

On a l'expression de neutralité électrique:
[C6H5COO-]+[OH-]+[Cl-]=[Na+]+[H3O+]
d'où [C6H5COO-]=n-1
Soit (1) devient [C6H5COOH]=1

Ensuite Ka=[C6H5COO-][H3O+]/[C6H5COOH]=^6*10^-5
d'où [C6H5COO-]=1.9 mol.L-1
Donc d'après (1), n=2.9mol.
On met donc 2.9 mol de C6H5COONa soit m=417.6g.
Pour préparer 1 L de solution tampon A de pH=4.5 il faut donc 417.6 g de C6H5COONa qu'on met dans une fiole jaugée de 1L, et on complète jusqu'au trait de jauge avec une solution de HCl de concentration 1 mol.L-1.

Quelqu'un peut me dire si c'est ce qu'il fallait trouvé et si c'est la bonne façon de procéder?

Merci d'avance!

[Soo]

alors personne pour me corriger?

[HarleyApril]

C6H5COO- + H2O = C6H5COOH + H3O+

effectivement, cette manière d'équilibrer les charges mérite bien une correction

[Soo]

Oulah en effet j'ai inversé les deux en recopiant, mais sur mon brouillon j'ai bien écrit:
C6H5COOH + H2O = C6H5COO- + H3O+

Sinon appart cette erreure bète, le reste te semble-t-il juste?

[HarleyApril]

je trouve le même résultat que toi

[Soo]

Chouette!!!
Dans la suite on me dit qu'on prélève 20mL de la solution A. Quel volume de soude de concentration égale à 1mol.L-1 doit-on ajouter pour obtenir une solution de pH=5?

Bon alors j'ai comme équation:
C6H5COOH + NaOH = C6H5COO- + Na+ + H2O

Soit Cb et Vb les concentrations et volumes de NaOH: Cb= 1mol.L-1 et Vb notre inconnue.
Soit Ca et Va les concentrations et volumes de C6H5COOH: Ca= 2.9mol.L-1 et Va=0.02

A l'état final n(C6H5COOH)= CaVa-CbVb et n(C6H5COO-)=CbVb

J'ai la relation pH=pKa+log(CbVb/CaVa-CbVb) d'où Vb=29 mL.
Ce qui est absurde! J'ai beau me relire je ne trouve pas mon erreur!

[HarleyApril]

l'erreur est que tu as affaire à un équilibre et qu'il se déplace
aïe !
et si tu regardais combien il y a de sodium à la fin ?
comme tu sais combien il y en avait au début et qu'il joue pas à l'équilibriste, ça va être plus simple ...

[Soo]

Biensur!
Donc au début dans ma solution A il y avait 2.9 moles de Na+.
FInalement je trouve qu'il faut ajouter 16mL de soude pour obtenir une solution de pH=5.
C'est déjà plus probable non?

[Soo]

Je viens de me rendre compte que j'ai fait une erreure de calcule, ce n'est pas 16 mais 19mL.
Qui peut confirmer?

[Soo]

Bon ben si personne ne veut confirmer je vais partir du principe que c'est juste, on verra bien...