Principe de résolution d'exercice de solution tampon

[invite894c9ddb]

Bonjour tout le monde,

alors voilà j'ai quelque soucis quand il s'agit de résoudre des exercices portant sur des solutions tampon.

J'ai beau essayé de me renseigner sur internet, je n'arrive toujours à saisir l'ensemble des étape nécessaire pour résoudre des exercices du type ou on a un certain volume connu d'une certaines solution donc la concentration est connue et on nous demande combien de gramme doit t-on ajouté d'une certaine autre molécule pour obtenir un pH égal à "x".

Par exemple:

"On dispose de 500cm³ de solution 10^-2 mol/l en acide acétique. Combien de gramme d'acétate de sodium, CH₃COONa, faut-il ajouter à cette solution pour obtenir une solution de pH=9,5."

ou encore:

"Une solution d'acide chlorhydrique S a une concentration C =0,1mol/L.

1. Déterminer le pH de la solution S.
2. A partir de la solution S, on veut préparer une solution tampon de pH=3.5 en ajoutant HCO2Na. Quelle masse de produit pur faut-il introduire dans un litre de solution S pour obtenir une solution tampon pH = 3.5 (on suppose que le melange est realisé sans variation de volume)?

données: pKa(HCOOH/HCOO-) = 3,7

M(Na)=23; M(O)=16 ; M(H)=1; M(C)=12 g /mol."


Y a-t-il quelqu'un pour m'expliquer les différentes étapes à suivre pour pouvoir résoudre ce type d'exercice ?

J'vous remercie d'avance.
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[HarleyApril]

Bonsoir

prenons ton premier exercice

On dispose de 500cm3 de solution 10-2 mol/l en acide acétique. Combien de gramme d'acétate de sodium, CH3COONa, faut-il ajouter à cette solution pour obtenir une solution de pH=9,5

on se place à pH 9,5
on connait la concentration en acide acétique
on cherche la concentration en acétate de sodium

jusque là, je n'ai fait que recopier l'énoncé !

Ecris la définition du Ka
tu y vois toutes les données et l'inconnue que tu cherches

je ne me fais pas de souci pour que cette belle inconnue te livre rapidement tous ses secrets ...

[jeanne08]

- généralité:dans toute solution d'acide ou base faible la constante Ka est vérifiée à l'équilibre donc Ka = [base]*[H+]/[acide] ou encore ( ce qui revient au même) pH = pKa + log( [base]/[acide] )
- tu vas d'abord te demander ce qui se passe lorsqu'on mélange ceci et cela : la réaction prépondérante est toujours celle de l'acide le plus fort mis sur la base la plus forte mise. Cette réaction peut être très peu avancée , avancée ou quasitotale ( cela dépend de sa constante )

exn°1 : tu mets de l'acide éthanoique et tu ajoutes de l'éthanoate. L'acide le plus fort mis est l'acide éthanoique et la base la plus forte mise est l'étanoate : la réaction prépondérante est
CH3COOH + CH3COO- = CH3COO- + CH3COOH qui ne change rien . Si tu appelles x la quantité d'éthanoate ajouté , tu vas pouvoir calculer les concentrations en acide ethanoique et en éthanoate ( en fonction de x ) puis remplacer dans Ka ( avec pH = 9,5 ) et tu trouveras x .

ex n°2 l'acide le plus fort mis est H3O+ ( ou H+ ) et la base la plus forte ajoutée est HCOO- . Donc la réaction prépondérante quasi-totale est
H+ + HCOO- -> HCOOH .
Au pH final de 3,5 tu n'as quasi plus de H+, ils sont transformés en HCOOH et tu as un excès de HCOO- ... et Ka est vérifié ...

Je te laisse réfléchir !

[invite894c9ddb]

on cherche la concentration en acétate de sodium

On cherche plutôt la masse d'acétate de sodium à ajouter non ?
Et je ne connais pas de formule qui lie directement la concentration à la masse.
Il y a bien la formule : concentration = nombre de mole / volume.
Et: nombre de mole = masse / masse molaire
Mais j'imagine que tu ne faisais pas allusion à ca...

Ecris la définition du Ka
tu y vois toutes les données et l'inconnue que tu cherches

Tu parles de: Ka = ( [A-] . [H₃O⁺] ) / [HA] non ?


ps: j'ai fais une petite erreur dans l'énoncé au niveau du pH. Voici la version correcte:
"On dispose de 500cm3 de solution 10-2 mol/l en acide acétique. Combien de gramme d'acétate de sodium, CH3COONa, faut-il ajouter à cette solution pour obtenir une solution de pH=5,05."

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exn°1 : ...Si tu appelles x la quantité d'éthanoate ajouté , tu vas pouvoir calculer les concentrations en acide ethanoique et en éthanoate ( en fonction de x ) puis remplacer dans Ka ( avec pH = 9,5 ) et tu trouveras x .

C'est ici que j'suis sensé utiliser la formule pH = pKa + log ([CH₃COONa] / [CH₃COOH] ) ?
Je connais le pH = 5,05 et [CH3COOH] = 0,01 mol/l. Mais je ne connais ni le Ka ni l'autre concentration , d'où le problème.
Ou est mon erreur ?
Et le volume d'acide acétique (500 cm₃) est sensé intervenir où est-ce une donnée sans intérêt ?

[A voir en vidéo sur Futura]

[RuBisCO]

Déja, bienvenue sur Futurascience.

Pour les équations utilisées, j'utilise le Ka : http://forums.futura-sciences.com/ch...es-chimie.html
Je vais essayer de bien expliquer :
- la concentration initiale en acide est noté C_A
- le Ka de l'acide acétique est soit donné, soit calculable à partir du pKa
- la concentration en ions oxonium demandé est calculée à partir du pH.
On cherche donc à résoudre l'équation :

Bon courage

[invite894c9ddb]

On cherche donc à résoudre l'équation :

la concentration correspond aussi à [H₃O⁺]dans le cas d'un acide non ?

le "x" dans correspond à la concentration de [H₃O⁺] non ?

[HarleyApril]

On cherche plutôt la masse d'acétate de sodium à ajouter non ?
Et je ne connais pas de formule qui lie directement la concentration à la masse.
Il y a bien la formule : concentration = nombre de mole / volume.
Et: nombre de mole = masse / masse molaire
Mais j'imagine que tu ne faisais pas allusion à ca...

je n'avais pas songé que tu ne savais pas trouver la masse à ajouter à partir d'une concentration, désolé
d'ailleurs, tu sais le faire, cf. ta proposition ci-dessus

bonne continuation

[RuBisCO]

Oui, c'est les oxoniums, excuse-moi d'avoir fait un tel raccourci.

[invite894c9ddb]

Je remercie tout le monde pour toutes les réponses, mais je vous vous le dis honnêtement j'suis largué la =x

Tâchons de nous concentrer sur le premier exercice dans un premier temps , c'est à dire :

"On dispose de 500cm3 de solution 10-2 mol/l en acide acétique. Combien de gramme d'acétate de sodium, CH3COONa, faut-il ajouter à cette solution pour obtenir une solution de pH=5,05."

Pour résoudre l'exercice, est-ce que écrire la réaction suivante peut m'aider:
CH₃COOH + CH₃COONa <--> ??

ou peut être les demi réactions:

CH₃COOH + H₂0 <---> CH₃COO^- + H₃O⁺

CH₃COONa + H₂0 <--> CH₃COO^- + Na⁺ + H₂0


Ensuite, j'ai bien saisi que je devais utiliser la formule :



donc dans notre cas on aurait :



Et on sait que [CH₃COOH]=10^{- 2} -[H₃O⁺] non ?

De plus il y a moyen de trouver le nombre de mole de l'acide acétique:
n = v . [] c'est à dire n = 0,5 . 0,01 = 0,005 mol mais je ne sais encore à quoi va me servir cette réponse.

Est ce que je suis en train de faire n'importe quoi ou est ce que ça du sens tout ça ?

[RuBisCO]

Je pense que il faut voir le problème selon Le Chatelier :
le Ka reste constant, la concentration en oxonium est déterminée, il reste donc deux variables possibles, et que augmenter l'une fait diminuer l'autre.
Explore cette idée.
Bonne soirée.

[jeanne08]

Tu dois avoir dans ton enoncé la valeur du Ka de l'acide ethanoique ( ou acétique)
Quand tu mélanges acide et ion ethanoate ( CH3COONa est dissocié en CH3COO- et Na+ et l'ion sodium est spectateur) la réaction acido basique principale est CH3COOH (acide) + CH3COO- ( base) = CH3COO- + CH3COOH , cette réaction ne change rien . Donc les concentrations en CH3COOH et CH3COO- sont celles que l'on a introduites dans la solution. La concentration en CH3COOH est 0,01 , celle de CH3COO- est c et tu remplaces dans Ka, celle de H3O+ est 10^-pH . Tu vas donc trouver c
La concentration c en ion ethanoate est le nombre de mol/L d'éthanoate de sodium mis .... mais tu n'as que 0,5 L de solution ...

[invite894c9ddb]

Ah voilà , j'ai enfin trouvé la réponse de l'exercice 1, par contre ca relève plus de la chance que de la compréhension.

Effectivement, il manque une donnée dans l'exercice, la voici pKa (CH3 COOH / CH3COO-) = 4,75

Il suffit d'utiliser la formule suivante:



on connait le et .

En ce qui concerne on connait le pH donc on peut le déduire facilement, donc il ne nous reste plus qu'une inconnue que l'on isole pour obtenir:

= 0,02 mol/l .

Etant donné 0,5l à la base et qu'on ne considère pas la variation de la masse du à l'ajout de , nous avons 0,01 mol de .

Pour finir il suffit d'utiliser la formule nombre de mole = masse / masse molaire:

Masse ajoutée = 0,01 . 82 = 0,82 g , ce qui correspond à la réponse dans mon cours !

[EDIT : modifications d'une formule erronée et de la masse molaire (82 au lieu de 83) par HarleyApril cf. post #15]

[HarleyApril]

n'est-ce pas ce que je t'avais indiqué au post numéro 2 ?

[invite894c9ddb]

n'est-ce pas ce que je t'avais indiqué au post numéro 2 ?

Oui en effet mais je ne savais pas encore que le Ka devait être normalement une donnée.
Ensuite je ne voyais pas encore en quoi connaître la concentration de CH₃COOH^- allait nous aider à déterminer la masse de CH₃COONa à ajouter

[Lycaon]

Bien que le sujet soit ancien,je signale une erreur en #12
la formule de l'acétate de sodium est et non CH₃COOHNa.Corriger aussi la masse molaire utilisée

[HarleyApril]

modifications effectuées !

Cordialement