Questions en chimie L2S3 Equilibres en solutions

[inviteb613717a]

Bonjour, j'essaye de faire des partiels des années précedentes avec quelques difficultés, voici les endroits ou je bloque :

1er exo :
- On a le pka (H2CO3/HCO3-)=6,1 et pka (HCO3-/CO32-)=10,25, la consigne est : lors de la digestion 10-3 moles de h3o+ sont libérées par litre de sang, calculer dans ces conditions le pH du sang ainsi que les concentrations en HCO3- et H2CO3. Comment l'organisme peut il, au niveau des poumons, ramener le pH à une valeur comprise entre 7,32 et 7,47?
Ma prof nous a indiqué qu'on doit trouver ph=7,12 (or je pensais faire ph=-log H3O+ mais ca ne donne pas 7,12, je ne comprends pas quoi utiliser), ensuite elle nous a dit d'utiliser la loi de lechatelier pour la suite de la question.

2eme exo :
on considere à 298k une solution d'un sel d'aluminium de concentration initiale 1,00mol/L dont on peut faire varier le ph par additiond'acide ou de base sans variation de volume, deux reactions peuvent avoir lieu :
Al(OH)3 = Al3+ + 3OH- Ks1=10^-23
Al(OH)3 = AlO2- + H3O+ Ks2=10^-12,4
1) Exprimer la solubilité s de l'hydroxyde d'aluminium en fonction de la concentration en H3O+ presents dans la solution. Montrer que cette solubilité passe par un minimum que l'on précisera et pour lequel on calculera le ph.
Je ne comprends pas comment faire, ni si je dois utiliser les 2 equations ou pas..et pourquoi il y aurait un minimum, enfin bon je veux bien de l'aide, ma prof indique qu'on doit trouver ph = 5,47
2) ok
3)tracer la courbe log s = f(ph), pour cela on fera les approxmations usuelles c'est a dire que l'on négligera l'espece Y devant l'espece X des que (Y) est plus petit ou égal à (X)/10
Ma prof a dit qu'on trouve 3<ph<5,1 pour log(s)=9-3ph
et 5,6<ph<12,4 pour log(s)=ph-12,4
j'ai essaye de faire Ka1 x Ka2 et de sortir log s, mais je trouve logs=-1,7-ph...donc cest faux

Merci d'avance pour votre aide, bonne soirée.
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[jeanne08]

premier exo : il faut un peu plus de données pour faire l'exercice . A un pH de l'ordre de 7 on a surtout HCO3 - dans la solution et quand on ajoute un acide fort on fait la réaction quasi totale HCO3 - + H3O+ -> H2CO3

deuxième exo : Al(OH)3 est un solide et lorsqu'il se dissout dans une solution aqueuse dont on a fixé le pH avec un tampon on trouve, pour l'aluminium, des ions Al3+ et des ions AlO2 - . La solubilité est s = (Al3+) + (AlO2 -) .
Ks1 et Ks2 sont verifiées donc tu peux exprimer (Al3+) en fonction de (OH-) puis en fonction de (H+) ( le produit ionique de l'eau est 10^-14) et (AlO2 -) en fonction de (H+) . N'oublie pas que dans ce genre d'exercice le pH est fixé par un tampon .
Tu trouvera un pH correspondant à une solubilité s minimale et pour la question 3 c'est un peu evident ...

[inviteb613717a]

pour l'exerice 1, en prenant l'équation que vous m'indiquez (j'avais pas pensé au diagramme...) on peut exprimer Ka et h3o+ en fonction des concentration h2co3 et hco3 -
et avec la formule ph = pka + log HCO3-/H2CO3 on calcule le ph, sauf que je trouve 3

pour l'exercice 2, je me retrouve avec s= (Al3+) + (AlO2 -) = Ks1 x (H3O+)^3/ke^3 + Ks2/(H3O+), est ce normal, je trouve ca un peu difficile a résoudre pour un exercice de ce type? J'ai du me tromper

[moco]

Ton exercice 2 est correct. la solubilité est une somme de deux termes, l'un dépendant de la 1ère dissociation, l'autre de la 2ème dissociation. Et les termes sont corrects.

[A voir en vidéo sur Futura]

[inviteb613717a]

Ok donc j'ai exprimé s en fonction de (H3O+) comme c'est demandé car les autres termes sont connus, mais je ne comprends pas pourquoi on me dit ensuite 'montrer que cette solubilité passe par un minimum que l'on précisera et pour lequel on calculera le ph', déja je ne comprends pas pourquoi on parle d'un minimum et ensuite si on voulait le ph on pourrait l'avoir avec ph = -log H3O+ et : s= (Al3+) + (AlO2 -) = Ks1 x (H3O+)^3/ke^3 + Ks2/(H3O+), mais déja pour avoir la valeur de (H3O+) ca me parait dur avec cette égalité, et en plus on a pas la valeur numérique de s
Merci pour vos réponses

[inviteb613717a]

J'aimerai comprendre la démarche car j'ai un semi partiel mardi matin, pouvez vous m'expliquer? Merci d'avance

[Kemiste]

Bonsoir,
Ta seule inconnue est [H₃O⁺] et tu as une équation du 3ème degré en [H₃O⁺]. Tu dois donc étudier les variations de la fonction et tu ainsi en déduire la valeur de [H₃O⁺] (et donc le pH) pour laquelle s est minimale. Ce sont des maths.

[moco]

Fais les calculs. La formule finale de la solubilité s est :
s = 10¹⁹[H⁺]² + 10^-12.4/[H⁺]
Tu appliques cette formule à différents pH.
Ex.: pH = 7. Donc : s = 10^19-21 + 10^7-12,4 = 0.01 M
pH = 8. Donc : s = 10^19-24 + 10^8-12.4 = 10^-5 + 10^-4.4 = 5 10^-5
pH = 9. Donc : s = 10^19-27 + 10^9-12.4 = 10^-8 + 10^-3.4 = 4 10^-4
Fais d'autres essais pour trouver la solubilité minimum.

[Kemiste]

Petite erreur de ma part, ce n'est pas une équation du 3ème degré puisqu'il y a un terme en 1/[H₃O⁺] (pas toujours simple de bien visualiser les équations quand elle sont écrite comme ça).
Mais ça ne change pas le fait qu'une étude de fonction permettra de déterminer directement la valeur de [H₃O⁺] pour laquelle s est minimale.

[inviteb613717a]

Merci beaucoup (le premier (H3O+) est a la puissance 3, juste une erreur de notation sur l'ordi car après vous avez utilisez la puissance 3 pour les calculs de s)
J'ai fait des essais et ça semble être le minimum pour ph = 8
Cependant je ne comprends pas pourquoi ma prof nous a dit qu'on trouverait s minimum pour ph = 5,47 en annotation (parce qu'avec votre calcul que j'ai compris, on aurait s = 389 qui n'est pas du tout le minimum)

Et lorsque je rentre la fonction sur ma calculatrice avec l'équation de degré 4, je trouve encore un ph different, mais toujours pas 5,47

[moco]

Peut-être ai-je fait une erreur de raisonnement ou de calcul. je ne suis pas à ta place. J'ai traité ce problème un peu vite sans doute. Refais le à tête reposée.

Je dois aussi dire modestement que tout ce problème me paraît tout de même faussé à la base par l'hypothèse de départ. A mon sens, il n'y a pas un équilibre entre d'une part Al(OH)₃ et d'autre part les ions Al³⁺ et les ions OH^-, comme on le suppose ici. En réalité il doit y avoir trois équilibres successifs avec chaque fois perte d'un OH^-, ce qui donne successivement les ions [Al(OH)₂]⁺ [Al(OH)]²⁺, puis Al³⁺. Et il y a une constante pour chaque équilibre.

[jeanne08]

De mémoire , donc à verifier, je pense que Ks1 = 10^-33 ( et non 10^-23 comme tu l'as ecrit ) ... alors il faut revoir les calculs

[inviteb613717a]

Ah oui c'est exact, j'ai fait une faute de frappe. Merci beaucoup pour vos aides.

Pour le premier exercice, avez vous une idée de pourquoi je n'ai pas le bon résultat?

[inviteb613717a]

Le 1er exo c'était ça :
- On a le pka (H2CO3/HCO3-)=6,1 et pka (HCO3-/CO32-)=10,25, la consigne est : lors de la digestion 10-3 moles de h3o+ sont libérées par litre de sang, calculer dans ces conditions le pH du sang ainsi que les concentrations en HCO3- et H2CO3. Comment l'organisme peut il, au niveau des poumons, ramener le pH à une valeur comprise entre 7,32 et 7,47?
Ma prof nous a indiqué qu'on doit trouver ph=7,12, ensuite elle nous a dit d'utiliser la loi de lechatelier pour la suite de la question.

en prenant l'équation entre H2CO3 et HCO3- (j'avais pas pensé au diagramme...) on peut exprimer Ka et h3o+ en fonction des concentration h2co3 et hco3 -
et avec la formule ph = pka + log HCO3-/H2CO3 on calcule le ph (en ayant pka et HCO3-/H2CO3 grace a l'égalité avec Ka et h3o+), sauf que je trouve ph= 3