Acide/base diagramme de Flood

[invited9a3a622]

Salut à tous,

J'ai bossé mon cours sur les acides et bases (PCEM1) et j'aimerais avoir des précisions sur cet exercice qui fait intervenir (ou pas ?) le diagramme de Flood. Je pense en gros qu'il sert à estimer le pH de mélanges connaissant pKa et concentration en soluté apporté c.

Voici l'exercice : répondre par vrai ou faux en justifiant :

Donnée : pKa(NH₄⁺/NH₃)=9,3

a) le pH d'une solution aqueuse de NaOH 10^-7 mol/L est égal à 7
b) le pH d'une solution aqueuse de NH₄⁺ 10^-3 mol/L est égal à 6,15
c) le pH d'une solution aqueuse de NH₃ 10^-4 mol/L est égal à 4,5
d) le pH d'une solution aqueuse de HNO₃ 10^-4 mol/L est égal à 2

Mes réponses :

a) Vrai : [HO^-]=10^-7 donc, en se basant sur Ke, on tire pH=7
b) Faux : il me semble que le couple NH₄⁺/NH₃ est un couple acide faible/base faible donc on peut utiliser l'approximation pour les monoacides faibles : pH=0,5 pKa - log c, on trouve pH=7,65
c) Faux : NH₃ est une base faible donc on peut utiliser l'approximation pour les monobases faibles : pH=7+0,5pKa + 0,5 log c, on trouve pH=9,65 (je pense que l'on aurait pu également dire qu'en introduisant une base dans l'eau, on ne peut se retrouver avec un pH<7 ?)
d) Faux : HNO₃ est un acide fort donc on peut utiliser l'approximation des monoacides forts : pH=-log c=4

Si quelqu'un peut me corriger et me dire ce qui ne va pas, cela serait sympa

Comment peut-on répondre à ces questions en utilisant le diagramme de Flood ?

D'avance merci de vos réponses
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[moco]

NaOH 10^-7 M n'a pas un pH de 7. Tu as oublié la contribution de l'autoprotolyse de l'eau.

Dans cette solution, on peut dire que l'eau produit x mole de H⁺ et autant de OH^- par litre. Etces OH- viennent s'ajuter à ceux en provenance de NaOH.
[H⁺] = x
[OH^-] = x + 10^-7
D'où ontire :
[H⁺][OH^-] = x(x + 10^-7) = 10^-14
C'estune équation du 2ème degré en x. A toi de la résoudre.
Quand tu auras trouvé, tu prends le log et tu trouves le pH, qui doit être un petit peu plus grand que 7.

[dggchim]

Bonsoir,

b) Faux : il me semble que le couple NH4+/NH3 est un couple acide faible/base faible donc on peut utiliser l'approximation pour les monoacides faibles : pH=0,5 pKa - log c, on trouve pH=7,65

Sauf erreur de ma part, la formule simplifiée est:
pH=0,5( pKa - log c) qui donne 6,10 pas loin de la réponse proposé 6,15.
Faute d'inattention, un monoacide faible seul en solution doit te donner un pH < 7

[invited9a3a622]

Merci de vos réponses.

Pour la question a), j'ai posé l'équation de degré 2, j'ai trouvé par la suite pH=7,2 donc l'affirmation est fausse.

Pour la question b), je m'étais en effet trompé dans la formule simplifiée. Par contre, en refaisant le calcul, on trouve bien pH=6,15 (comment as tu obtenu la valeur 6,10 ?) donc l'affirmation b) est vraie.

Que pensez-vous de mes réponses pour les questions c) et d) ?

D'avance merci

[A voir en vidéo sur Futura]

[jeanne08]

Je pense que l'on te demande d'utiliser le diagramme de Flood pour répondre aux questions . Le diagramme est une série d'abaques qui permet de lire graphiquement le pH d'une solution d'acide ou base dont on connait pKa et pour bases et acides forts.
- Les courbes extremes correspondent aux acides forts et bases fortes . Ainsi pour NaOH 10^-7 M on voit que pour -logc =7 on lit pH ~7,2 sur le diagramme
Pour l'acide nitrique fort 10^-4 on a pour logc = -4 pH = 4
- pour un acide faible on a une courbe droite au départ de pente 0,5 * logc d'ordonnée à l'origine 1/2pKa qui s'incurve quand - logc devient assez grand .
Pour NH4+ 10^-3 M on trace le bout de droite parallèle aux autres d'ordonnée à l'origine 9,3/2 et pour - logc =3 on lit pH ~ 6,0
- pour NH3 on trace le bout de droite de pente - 0,5 *(-logc ) parallèle aux autres d'ordonnée à l'origine (7 + 9,3/2) et pour - logc = 4 on lit pH ~ 9,6
- je signale aussi que les bouts de droites parallèles ne sont rien d'autre que l'application des formules usuelles donnant le pH des acides et bases faibles.
Ce genre de diagramme me rappelle ma jeunesse, maintenant avec des logiciels simples on a les réponses immédiatement !

[dggchim]

Bonjour junior612,

Pour la question b), je m'étais en effet trompé dans la formule simplifiée. Par contre, en refaisant le calcul, on trouve bien pH=6,15 (comment as tu obtenu la valeur 6,10 ?) donc l'affirmation b) est vraie.
Que pensez-vous de mes réponses pour les questions c) et d) ?

J'ai utilisé un pKa de 9,2 au lieu de 9,3
Tes réponses c et d sont justes
Merci à jeanne08 pour les explications sur le diagramme de Flood

[invited9a3a622]

Merci beaucoup à tous, je pense avoir avancé dans ma compréhension de ce genre d'exercices, je ne manquerai pas de resposter un autre exercice en vous proposant mes réponses qui tiendront compte de vos remarques et explications, merci

[invited9a3a622]

Bonsoir,

- pour NH3 on trace le bout de droite de pente - 0,5 *(-logc ) parallèle aux autres d'ordonnée à l'origine (7 + 9,3/2) et pour - logc = 4 on lit pH ~ 9,6

Je pense avoir mieux compris le principe d'utilisation du diagramme de Flood, grâce à vos explications

Par contre, concernant l'exemple cité dans ce message, le point tombe dans la zone en rose (sur le scan en pièce jointe à mon premier message de ce fil), à quoi correspond concrètement cette zone ? Quant à l'utilisation du diagramme, cela change-t-il quelque chose si un point tombe dans cette zone ?

D'avance merci

[jeanne08]

dans la zone rose les droites laissent place à des courbes ... car le comportement est alors intermédiaire entre fort et faible ( plus la dilution est importante plus la dissociation d'un acide faible est importante , la notion de dilution grande dépend d'ailleurs du pK ... ) alors on extrapole un peu la courbe entre deux courbes déja existantes ... et on a un resultat un peu approximatif ! Finalement la précision des résultats dépend de la précision du diagramme fourni .

[invited9a3a622]

Bonjour,

Merci de votre réponse. Je pense savoir faire des estimations du pH par lecture sur le diagramme de Flood et je vous en remercie

Maintenant, j'aimerais me concentrer sur la détermination de pH par le calcul. Je dois, en plaçant un point dans le diagramme de Flood, pouvoir dire les termes qui sont négligeables en fonction de la zone dans laquelle se trouve le point et en déduire par un calcul la valeur du pH (lorsque le calcul ne conduit pas à des équations trop compliquées, degré 3 par exemple).

En pièce jointe, un diagramme de Flood avec des zones marquées a)alpha, a)beta, etc

Je dois dire dans chaque zone quels termes négliger pour une approche par le calcul. Pouvez-vous me corriger svp

Pour les acides : couple AH/A^-

Le système d'équations est :

1)
2)
3)
4)

- zone a : hypothèse : acide fort (totalement dissocié) donc donc l'équation 3) devient .

-> zone a)alpha : hypothèse : milieu acide donc donc l'équation 4) devient donc

On en tire : pH=-log c

-> zone a)beta : on ne peut plus supposer le milieu acide (on ne peut plus négliger les H₃O⁺ venant du solvant). Je ne sais pas trop quelle hypothèse alors faire dans l'équation 4), est-ce ?

D'avance merci du temps que vous me consacrez

[jeanne08]

je n'arrive pas à distinguer correctement les zones sur le diagramme joint ... mais pour les acides .j'appelle h la concentration en H3O+
- en général on est pas trop près de la droite des acides forts et pas trop près de pH =7 alors concentration en AH = c , concentration en A- = h et OH- négligeable
- plus rarement on s'approche de la zone de l'acide fort mais avec une concentration pas trop faible alors concentration en A- = h et c = concentration AH + h les OH- sont négligeables
- si la concentration est très faible on ne peut pas négliger les h apportés par le solvant et on garde tout dans les équations !

La "philosophie" de la chose me semble être la suivante : dans les problèmes d'acides/bases on peut toujours écrire les équations de la solution et on peut toujours résoudre et on obtient le jeu de concentrations à l'équilibre. On peut aussi ne pas tout écrire et essayer par un raisonnement de chimiste ( rechercher la réaction qui se fait le mieux négliger les autres ... ) de prévoir en gros ce que l'on va avoir dans la solution à l'équilibre .

[invited9a3a622]

Merci de votre réponse

J'ai reposté en pièce jointe un diagramme plus explicite. Ce que je voudrais savoir et comprendre, ce sont les termes qui sont négligeables dans les zones appelées "effet de l'ionisation" et "effet de la dilution" :

- dans les pH acides :
* "effet de l'ionisation" : je le comprends comme le fait que l'on ne puisse plus supposé l'acide faible, on néglige cependant les HO- venant de l'eau (milieu acide) ;
* "effet de la dilution" : on ne néglige plus HO- venant de l'eau, je ne sais pas le terme négligeable dans cette zone.

- dans les pH basiques :
* "effet de l'ionisation" : je le comprends comme le fait que l'on ne puisse plus supposé la base comme faible, on néglige cependant les H3O+ venant de l'eau (milieu basique) ;
* "effet de la dilution" : on ne néglige plus H3O+ venant de l'eau, je ne sais pas le terme négligeable dans cette zone.

Qu'en pensez-vous ?

D'avance merci de votre aide

[jeanne08]

- dans les solutions très diluées (qu'elles soient acides ou basiques ) je ne vois pas ce que l'on peut negliger .... on resout donc les équations sans faire d'approximations !