Aide pour un exercice

[JDPDC]

Bonsoir. Je crée cette nouvelle discussion, car tout à l'heure j'ai eu un DS, mais je ne suis pas du tout sûr de mes réponses, surtout que je n'ai pas tout fait, donc pouvez-vous me donner les réponses en m'expliquant un peu les étapes ? Voici l'énoncé, les questions et mes réponses pour le premier exercice :

On prépare une solution en mettant une masse m=0.32g de chlorure d'ammonium dans un volume V=100 mL d'eau sans variation de volume. Le pH de la solution obtenue est pH=5.2.

1) Donner l'équation de dissolution du chlorure d'ammonium.
2) Donner l'équation de la réaction entre l'ion ammonium et l'eau.
3) Définir puis calculer la constante d'équilibre associée à l'équation de cette réaction et calculer sa valeur.
4) En déduire l'espère prédominante dans la solution (on ne tiendra pas compte des ions chlorures).

1) NH₄Cl -> NH₄⁺ + Cl^-
2) NH₄⁺ + H₂O -> NH₃ + H₃O⁺
3) K = [NH₃] x [H₃O⁺] / [NH₄⁺]

[NH₃]_f = [H₃O⁺] = 10^-pH = 10^-5,2 = 6,31 x 10^-6 mol.L^-1

Pour le reste j'ai été bloqué, car on ne connait pas la concentration initiale d'NH₃
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[Kemiste]

Bonsoir,
Tu connais la concentration initiale en NH₃, elle est nulle. Ce que tu cherches c'est la concentration finale. Mais cette valeur tu la connais aussi. As-tu essayé de faire un tableau d'avancement? (Apparemment tu connais le pH de la solution, donc tu as toutes les données suffisantes).

[JDPDC]

J'oubliais, comme données il y avait également :

Pour le couple H₂O / OH^- : pK_A1 = 14
Pour le couple H₃O⁺ / H₂O : pK_A2 = 0
Pour le couple NH₄⁺ / NH₃ : pK_A3 = 9,2

Les ions chlorure et les ions sodium sont indifférents vis-à-vis de l'eau.

[Kemiste]

Si tu as le pKa du couple NH₄⁺/NH₃, il n'y a aucun calcul à faire...

[A voir en vidéo sur Futura]

[JDPDC]

Dans ce cas, on fait comment pour calculer la constante d'équilibre ? K = 10^-pK_A1 / 10^-pK_A3 ?

[Kemiste]

Que vient faire le pKa₁ ici? A quoi est égale Ka₃ (son expression)?

[JDPDC]

L'expression de K_A est [A^-]_f x [H₃O⁺]_f / [AH]_f
Et ça ne serait pas pK_A1, mais pK_A2, non ?

[Kemiste]

Pourquoi pKa₂? Et la question n'était pas quelle est l'expression de Ka en générale, mais quelle est l'expression de Ka₃?

[JDPDC]

Car c'est le couple H₃O⁺ / H₂O qui entre en jeu
K_A3 = 10^-pK_A3, non ?

[Kemiste]

Et le couple NH₄⁺/NH₃?
Je te cite : "L'expression de KA est [A-]f x [H3O+]f / [AH]f", donc si tu remplaces A^- et AH pour Ka₃ tu obtiens quoi?

[JDPDC]

Justement, c'est pour ça que dans un message précédent, j'ai marqué : "K = 10^-pK_A1 / 10^-pK_A3" et ensuite j'ai corrigé en écrivant que ce n'était pas 10^-pK_A1, mais 10^-pK_A2, car les couples qui entrent en jeu sont : H₃O⁺ / H₂O et NH₄⁺ / NH₃.
Concernant l'autre question...

[Kemiste]

Tu as le couple NH₄⁺/NH₃ donc "A^-" = NH₃ et "AH" = NH₄⁺...

Si tu fais 10^-pKa2/10^-pKa3 tu trouves K = 1/10^-9.2 = 10^9.2 ce qui signifie que la réaction est totale. Mais NH₄⁺ est un acide faible (on te donne la valeur de pKa) donc la réaction avec l'eau ne peut pas être totale...

[JDPDC]

D'accord, donc c'est bien ce que j'ai marqué dans mon premier message.

Donc si ce que j'ai écrit est faux, car la réaction ne peut pas être totale, quelle est la bonne équation ?

[Kemiste]

Donc si ce que j'ai écrit est faux, car la réaction ne peut pas être totale, quelle est la bonne équation ?

Je t'ai quasiment donné la réponse... Lis bien... Prends l'expression que tu donnes dans le message #7, remplace A- et AH par ce que j'ai dis dans le message #12 et compare avec l'expression de K que tu donnes dans le message #1.

[JDPDC]

Si je suis ce que tu écris, l'expression est la même, autrement dit : K = [A^-]_f x [H₃O⁺] / [AH]_f = [NH₃] x [H₃O⁺] / [NH₄⁺]

[Kemiste]

Voilà, tout simplement. K = Ka₃. (Par définition, Ka est la constante associée à la réaction entre un acide et l'eau).

[JDPDC]

Donc c'est grâce à cette définition qu'on ne s'occupe pas de K_A2 ? En tout cas j'étais loin de penser ça.

[Kemiste]

Si tu vois que l'expression de Ka₃ correspond à l'expression du K que tu cherches, il ne faut pas chercher plus loin. Mais si tu n'es pas à l'aise avec ça, écris bien les réactions associées aux pKa que l'on te donne (et donc l'expression des Ka). Tu pourras faire plus facilement le rapprochement avec la constante que tu cherches.

[JDPDC]

D'accord, donc K = K_A3 = 10^-pK_A3 = 10^-9,2 = 6,31 x 10^-10 ?

En tout cas merci d'avoir pris le temps afin de m'expliquer toutes les étapes

[JDPDC]

Et pour répondre à la 4ème et dernière question, l'espèce prédominante est NH₄⁺, non ?

[Kemiste]

Pourquoi penses-tu cela? Vu la valeur de la constante, que peux-tu dire sur k'avancée de la réaction?

[JDPDC]

Car le pH de la solution est inférieur au pK_A3, non ?
On peut dire qu'elle n'est pas totale, non ?

[Kemiste]

On te demande de calculer la constante de réaction, donc il faut se baser sur la valeur de cette constante pour déterminer l'avancement de la réaction.

[JDPDC]

D'accord, donc on fait -log (6,31 x 10^-10) = 9,20 = pKa, de ce fait, 5,2 < 9,20, donc l'espèce prédominante est NH₃, non ?

[Kemiste]

Non, ta première réponse était la bonne, NH₄⁺ est prédominant mais la justification n'était pas la bonne. Ce n'est pas une question de pH.

Tu as l'équation NH₄⁺ + H₂O -> NH₃ + H₃O⁺
Tu as la constante de réaction qui vaut 10^-9.2
La valeur de cette constante indique que la réaction est loin d'être totale (K<<1)
Donc il y a très peu de produit formé (NH₃ et H₃O⁺), donc NH₄⁺ n'a quasiment pas réagit, il est donc prédominant.

[JDPDC]

Ah d'accord. J'ai pensé à cette déduction, mais je pensais que j'avais tort, car pour moi, en chimie (tout comme en physique), s'il n'y a pas de calculs à faire à chaque question, c'est que la réponse est fausse.
En tout cas, merci d'avoir pris le temps afin de m'expliquer toutes les étapes Par contre, dans le DS il y avait trois exercices, d'ailleurs, je n'ai pas réussi à les terminer, donc je vais créer un nouveau sujet pour le 2ème exercice...

[Kemiste]

De rien! Et non (heureusement) en chimie il n'y a pas de calculs à faire pour chaque question. Pour certaines questions, comme celle-ci, c'est juste de la déduction.

[JDPDC]

C'est bien qu'il n'y ait pas de calculs à chaque question, mais personnellement, ça me bloque, en plus de ça je n'ai aucune logique... donc j'ai du mal lors des évaluations. Sinon, tu es étudiant en licence, master, voire même doctorant ou tu es prof ? Car j'ai vu dans d'autres sujets que tu savais répondre aux questions des exercices d'un niveau beaucoup plus élevé que celui de la terminale S.

[Kemiste]

Je suis docteur mais pas prof!

[JDPDC]

Ah oui quand même