Exercice chimie acide base

[invite45f09036]

Bonjour, j'ai un exerice en chimie a rendre pour ma rentrée et je n'y comprends strictement rien : je vous donne l'enoncé et les questions ci dessous :
Gaz à effet de serre, déplacement des équilibres chimiques et mort blanche des coraux.
Les coraux sont des invertébrés apparentés aux méduses mais capables de construire un squelette calcaire consititué de carbonate de calcium.
Ces structures carbonatées ont permis l'édification des récifs allant des bords de la mer Rouge aux atolls polynésiens en passant par la grande barrière australienne.
Leur avenir est de plus en plus sombre. En effet, les effets combinés des pollutions locales et du réchauffement climatique ont entraîné la dégradation de près de 60% des récifs du globe.Dans certabes réguibsn 90% de ces coraux ont disparu en 25 ans.
L'un des phénomènes les plus marquant est apparu depuis une dizaine d'années : le corail blanchit, devient translucide puis meurt. Cette "mort blanche" menacerait l'existence de 950 000 espèces différentes. Il a été mis en évidence une corrélation entre cette atteinte des coraux et l'augmentation du dioxyde de carbone dans l'atmosphère.
Données : concentration molaire en Ca²+ de l'eau de mer : [Ca²+]= 0.010mol/L . Constante d'équilibre de la réaction de dissolution du carbonate de calcium K = 4.5*e^ -9 selon la reaction : CaCO 3 = Ca²+ + CO3²- . pKa1 = pKa(CO2,H2o/HCO3-)= 6.35 et pKa2 = pKa (HCO3-/ CO3²-)=10.3

1. Etude de l'équilibre acido-basiques : 1)a. D'apres les données ci dessus, indiquer sous quelles formes (noms et formules chimiques) le dioxyde de carbone peut se retrouver en solution acqueuse.
b. Compléter sur l'echelle du pH les domaines de prédominance de chacune de ces espèces chimiques.
2)La quantité de CO2 dans leau de mer est directement liée a sa teneur dans l'atmosphère. La concentration en CO2 dans l'eau est actuellement c= 1.1*e^-4.
a. Ecrire la reaction acido basique qui se produit lors de la dissolution de CO2 dans l'eau
b. Etablir le tableau d'avancement de cette reaction pour un litre de solution
c. En notant h la concentration [H3O+]final, exprimer l'avancement final xf puis le quotient de raction final (ou constante d'équilibre Ka1) en fonction de c et/ou h.
Montrer que [H3O+]final=h=6.7*e^-6 mol /L
d. Calculer le pH de la solution ainsi obtenue puis déterminer les concentrations des espèces chimiques mises en jeu dans cet équilibre.
3) a. Autres équilibres acido basiques possible : les ions hydrogénocarbonate peuvent également seretrouver sous forme de CO3²-. Ecrire l'équation correspondante
b3 Donner la relation entre le pH et pKa2 et en considérant [HCO3-] final et [H3O+]final trouvées précédemment, déterminer [CO3²-]

2. Evolution de l'équilbre de dissolution, précipitation
1) Exprimer le quotient de reaction Qs de la réaction de dissolution du calcaire ou carbonate de calcium (CaCO3)2) Calculer a laide des resultats précedents et des données , le quotient de reaction initial de cette reaction. Ds quel sens doit evoluer ce melange?

3.Conclusion
La proportion de dioxyde de carbone ds latmosphere est passée de 0.25 a 0.338% en l'espace de quelques décennies.
1) En vous appuyant sur les resultats de la 1ere partie, déterminez l'infleunce d'une augmentation de dioxyde de carbone atmosphérique sur le pH de l'eau?
En déduire le sens d'evolution de la concentration en ions [CO3²-]
2) Quel est donc l'influence sur les coraux de rejets massifs de dioxyde de carbonne dans latmosphère?

Voilà si vous pouviez m'aider au moins pour le debut, je vous en serez très reconnaissante.
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[jeanne08]

Il ne faut pas paniquer ... l'enoncé est long mais le problème posé n'est pas si compliqué. Je te donne qualques indications ...
- passons sur la première question... on regarde la suite ...
- La concentration en CO2 dans l'eau est 1,1e-4. L'action de CO2 dissous ( hydraté sous forme CO2,H2O)sur l'eau est CO2,H2O + H2O = HCO3- + H3O+ . la constante de cette réaction est Ka1 =10^-6.35 et il se forme autant de H3O+ que de HCO3- . Tu peux donc appeler ton avancement xf et raisonner sur 1L de solution ( on confond alors mol et mol/L ) et tu vas voir que xf est bien 6.7e-7 mol/L
- En réalité il y a un tout petit peu ( très très peu) de CO3 2- qui se forme à cause de la réaction HCO3 + H2O = CO3 2- + H3O+ ( cette réaction se fait très très peu). Toutefois comme tu sais que les H3O+ sont en quantité de 6,7e-7 que les HCO3 - sont en même quantité et que Ka2 est vérifiée tu vas pouvoir calculer [CO3 2-] ( c'est très faible )
- tu peux alors calculer le qoatient de réaction de la dissolution du calcaire CaCO3 = Ca2+ + CO3 2- puisque tu connais les concentrations en Ca2+ et en CO3 2- dans l'eau de mer ...

[invite45f09036]

Merci beaucoup pour ces renseignements, je pense que ça va déjà bien m'aideir

[moco]

Ton problème est difficile, car il présente plusieurs aspects qui sont présentés de manière quelque peu emmêlée, et que je vais essayer de t'expliquer.
Le gaz CO₂ se dissout dans l'eau en formant CO2 dissous, puis les ions hydronium H₃O⁺ et hydrogénocarbonate HCO₃^- selon
CO₂ + 2 H₂O --> H₃O⁺ + HCO₃^-
puis, si l'eau contient déjà des bases en solution :
HCO₃^- + H₂O --> CO₃^2- + H₃O⁺
La première réaction est prédominante à pH < 8.3. La 2ème est prédominante à pH > 8.3
La première de ces réaction a pour constante d'équilibre :
K = [H₃O⁺][HCO₃^-]/[CO₂]
Si j'appelle x la concentration [H₃O⁺] = [HCO₃^-], on peut écrire :
K = x²/1.1·10^-4 = 10^-6.35 = 4.47 10^-7
Donc :
x² = 4.47 10^-7·1.1 10^-4 = 4.91 10^-11
x = 7 10^-6 ; pH = 5.2
Vérifie mes calculs ! Il y a une petite erreur quelque part.

Pour la suite. C'est beaucoup plus difficile. Je me borne à te mettre sur la voie.
Le carbonate de calcium CaCO₃ forme l'essentiel des coraux et des roches. S'il n'y avait que CaCO₃ en présence d'eau, il se dissoudrait extrêmement peu dans l'eau. En effet, l'équilibre de dissolution est :
CaCO₃ <--> Ca²⁺ + CO₃^2-
et sa constante d'équilibre est de 4.5 10^-9, ce qui est très petit. D'après cette valeur numérique, on tire :
[Ca²⁺]**= [CO₃^2-] = √4.5 10-9 = 6.7 10^-5 M.
10^-5 M, c'est vraiment très peu.
Or l'expérience montre que la concentration de l'ion Ca²⁺ dans l'eau est bien plus élevée. On donne [Ca²⁺] = 0.01 M. C'est en gros mille fois plus que ce qu'on vient de calculer. Il faut trouver un moyen pour expliquer cette différence.
Bien sûr on pourrait dire qu'il y a une autre origine à ces ions Ca2+ dans l'eau. Or il n'existe pas d'autre roches à base de calcium.
Donc il faut trouver le moyen de dissoudre plus de Ca.
Le moyen consiste à dire que les ions CO₃^2- réagissent avec l'eau et le gaz carbonique dissous selon :
CO₃^2- + H₂O + CO₂ --> 2 HCO₃^-

Si on veut dissoudre assez de CaCO₃ pour obtenir [Ca²⁺] = 0.01 M, il faut dissoudre 0.01 mole de CaCO₃ par litre, et donc produire 0.01 mol de CO₃^2- dont la quasi totalité va réagir avec H₂O et CO₂ pour former 0.01 mole de ions HCO₃^-
Je fatigue. Continue !

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite45f09036]

Merci beaucoup.. j'ai presque tout compris