Calcul pH acide faible avec pKa et C

[inviteaf71eb9a]

Bonjour,
Je viens vous demander un peu d'aide car j'ai un dm à rendre pour dans quelques jours et je n'arrive toujours pas à faire l'exercice 3 et 4.

Exercice 3 :
L'azote nitreux HNO₂ appartient au couple acide/base HNO₂ / NO₂^- (pKa = 3.2). Une solution aqueuse d'acide nitreux à une concentration de 2.0 mmol.L-1.

1. Calculer le pH de la solution.
J'avais dans l'idée d'utiliser pH = 1/2 (pKa - log C) mais on ne peut utiliser cette formule que quand Ka/C < 0,01 et ce n'est pas le cas, ça donne 0,315 donc je ne sais pas du tout comment faire.

2. Calculer la concentration massique, en mg.L^-1, d'ion nitrite dans la solution.

Et il y a un exercice additionnel pour obtenir des points supplémentaires mais celui là est encore plus dur, on a presque aucune information.

Exercice 4 :
On dissout 500mg de chlorure d'ammonium dans de l'eau afin d'obtenir 250 mL de solution aqueuse.

1. Déterminer le pH de la solution.
Avec ces infos j'arrive a calculer t = 2.0g/L^-1 puis C=3.7^10^-2 mol.L^-1 mais après, je sais plus quoi faire...

2. Calculer les concentrations molaires des différentes espèces en solution.
je pense qu'il faudra utiliser le principe d'électroneutralité et de conservation des atomes ici, mais sans le pH je ne peux rien faire.

3.Déterminer les pourcentages en ion ammonium et en ammoniac présent dans la solution par rapport à la quantité d'ion ammonium apporté initialement.
4. On dilue la solution (facteur de dilution F=15)
Calculer les nouveaux pourcentage. Conclure.

S'il vous plait, aidez-moi a comprendre ces exos.
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[jeanne08]

premier exercice : solution de HNO2 à c = 0.002 mol/L . pKa =3.2 . On appelle h la concentration en H3O+
réaction principale : HNO2 + H2O = NO2- + H3O+ qui forme autant de H3O+ que de NO2- . On néglige la réaction de l'eau sur l'eau.
Si on considère que la réaction se fait mal on a (HNO2 ) = c et Ka = h^2/c ce qui conduit à la formule que tu donnes et à un pH de l'ordre de 3 donc c'est faux car à un tel pH on ne peut pas négliger NO2- devant les HNO2 restant ... alors on recommence en ne faisant pas l'hypothèse que la réaction marche mal . Donc (NO2- ) = h et ( HNO2) = c-h ... on remet dans Ka : Ka = h^2/(c-h ) et on resout une equation du second degré en ne gardant que la racine physiquement acceptable ( 0 < h < c )

deuxième exercice : le chlorure d'ammonium est un composé ionique et les ions sont séparés en solution aqueuse . Donc on a des Cl- ( spectateurs) et des NH4+
les ions NH4+ sont acide faible : NH4+ + H2O = NH3 + H3O+ ... et tu vas utiliser la formule donnant le pH d'une solution d'acide faible ( le pKa de NH4+ doit etre donné ! ) ... et ensuite tu peux répondre à toutes les questions posées .

[inviteaf71eb9a]

Pour le deuxième exercice, je peut vous assurer que le pKa n'est pas donnée, on possède que ça comme information.

[jeanne08]

je veux bien te croire mais dans ce cas tu ne peux absolument rien faire de l'exercice 2 ...
pour info: le pKa de l'ion ammonium est 9.2

[A voir en vidéo sur Futura]

[inviteaf71eb9a]

HNO2 + H2O = NO2-- + H3O+

[NO2-] = [H3O+]

Si on considère que la réaction se fait mal, on a

C(HNO2) = 2.0 mmol.L-1

Ka= ([H3O+]×[NO2-])/C

Je comprend pas comment tu as trouvé le pH ? Tu m'as dit que [NO2-] = [H3O+] mais on la connait pas, donc on peut pas calculer Ka je me trompe ?

[moco]

Le Ka est donné. Et c'est même toi qui le donne, dans les premières lignes de ton tout premier message !!

[inviteaf71eb9a]

A oui, désolé, il est tard et je comprend plus tout...
Donc Ka = ([H3O+]×[NO2-])/C
= 10^(-pKa)
= 6,3 . 10^(-4)

La formule pH = 1/2 (pKa - log C) me paraissait être la solution mais dans mon cours, c'est marqué que je ne peux l'utiliser que si Ka/C < 0,01 et dans ce cas ^Ka/C = 0,315 donc c'est inutilisable...

Pour l'exercice 4, j'ai trouvé ça en utilisant le pKa de 9,3 que j'ai trouvé sur un tableau Ka/pKa dans mon cours.

Exercice n° 4 :
Données :
m=500mg NH4Cl vol=250 mL

1.
On ne peut rien calculer à partir de ces informations seulement, il nous faut obligatoirement le pKa du couple NH4+/NH3. Les ions Cl- sont spectateurs.

pKa (NH4+/NH3) = 9,3

NH4+ + H2O = NH3 + H3O+

t=m/vol
=0,5/0,25
=2,0 g.L^(-1)

M(NH4+)=18 g.mol^(-1)

C=t/M
=0,2/18
=0,1 mol.L^(-1)


Ka=10^(-pKa)
=10^(-9,3)
=5,0 .10^(-10)

Ka/C=(5,0 .10^(-10))/0,1=5,0 .10^(-9)
5,0 .10^(-9) ≤10^(-2) alors pH = 1/2 (pKa-log⁡ C)
= 1/2 (9,3-log⁡ 0,1)
pH = 5,2

2.
Calcul des concentrations : pH = 5,2
[H3O+ ]= 10^(-5,2)=6,3 .10^(-6) mol.L^(-1)
|HO-]=10^(-14)/([H3O+])=1,58 .10^(-9) mol.L^(-1)

Principe d’électroneutralité de la solution
[H3O+ ]=[NH3 ]+ [HO-]
[NH3 ]= [H3O+ ]+ [HO-]
=6,3 .10^(-6) mol.L^(-1) => donc [HO-] est négligeable comparé à [H3O+]
[HO-] ≤ [H3O+]



Principe de conservation des atomes
∑ espèces apportées= ∑ espèces dissociées
C =[A]+[B]
=[NH4+ ]f+[NH3 ]f
[NH4+ ]f = C - [NH3 ]f
[NH4+ ]f =0,1-6,3 .10^(-6)
= 0,1 mol.L^(-1)

En revanche, je sais pas faire la suite...

[jeanne08]

- d'abord généralité sur le pH d'une solution d'acide faible noté AH de concentration C et de pKa donné . Je note h la concentration en H3O+. Lorsqu'on met un acide faible dans l'eau on fait la réaction AH + H2O = A- + H3O+ et on a donc dans la solution (A-) = h . Comme cette réaction marche mal on peut considerer que (AH ) reste ~egal à C . Donc Ka = H^2/C donc pH = 1/2pKa -1/2logC. Cette formule est souvent valable sauf si h n'est pas très petit devant C ce qui est le cas avec l'acide nitreux dans ton premier exercice . On doit donc faire l'exercice en considérant que (AH) = C-h et remettre dans Ka et resoudre une équation de degré 2 .

- pour l'exercice suivant / tu étais mieux parti au départ : on met 500mg de NH4Cl dans 250 mL d'eau et on (NH4+) = (Cl-) = 3.7e-2 mol/L =C
On a une solution d'acide faible NH4+ dont on connait le pKa et la concentration C donc pH = 1/2pKa -1/2logC
Dans cette solution dont tu connais le pH tu peut calculer combien il y a de OH- et tu sais aussi que (NH3) = h car la réaction est NH4+ + H2O = H3O+ + NH3 et fabrique autant de NH3 que de H3O+
La concentration en NH4+ est égale à C.
note : la relation d'électroneutralité s'ecrit (NH4+ ) + (H3O+) = (OH- ) +( Cl-)