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Déterminer le pH d'un mélange d'acide citrique et d'hydroxyde de sodium



  1. #1
    plop79

    Déterminer le pH d'un mélange d'acide citrique et d'hydroxyde de sodium

    Bonjour,

    Tout est dans le titre, je vous expose l'énoncé :

    L’acide citrique est un acide organique, que l'on notera par convention H3A. Il a pour pKa 3,08 - 4,76 - 6,40.
    Questions :
    1) On mélange 75 mL d'une solution aqueuse de cet acide 10-2 M avec 25 mL d'une solution tampon imposant à la solution finale un pH de 5,00.
    Quelles sont les espèces en solution et leurs concentrations respectives ?
    2) On mélange 75 mL d'une solution aqueuse de cet acide 10-2 M avec 75 mL de solution d'hydroxyde de sodium 2 x 10-2 M.
    Quel est le pH du mélange ?

    Pour la question 1 j'ai pas de soucis.
    Pour la question 2 ça se complique. Je ne comprend pas comment déterminer le pH du mélange parce que je n'arrive pas à comprendre ce qui ce passe dans le mélange. Je ne comprend pas quelle va être l'action du NaOH dans l'acide citrique.

    J'ai une proposition de corrigé, la voici :

    On a neutralisé les deux premières acidités de l'acide citrique. Nous sommes en présence de
    Na2HA (amphotère) appartenant aux couples de pKa : 4,76 et 6,40
    pH=0.5(4,7+6,40)=5,58.

    Pour moi c'est en quelques sorte de la magie, je sais ce qu'est une espèce amphotère et je sais donc d'où sors la formule, ce que je ne comprend pas c'est comment je suis sencé savoir ça "On a neutralisé les deux premières acidités de l'acide citrique. Nous sommes en présence de Na2HA (amphotère) appartenant aux couples de pKa : 4,76 et 6,40" avec ce qu'expose l'énoncé? Y a t-il des connaissances propre à l'hydroxyde de sodium que je n'ai pas pour finir de résoudre cet exercice et si oui quelles sont elles?

    (Je tien à précisé que je n'ai pas fais de chimie analytique depuis plus de 2 ans et que j'aide quelqu'un à résoudre des exercices, mais là je sèche)

    Merci d'avance pour vos réponses !

    -----


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  3. #2
    vpharmaco

    Re : déterminer le pH d'un mélange d'acide citrique et d'hydroxyde de sodium

    L'acide citrique est un triacide faible. Tu peux le noter H3A
    La soude est une base forte.
    La reaction entre une acide faible et une base forte peut être considérée comme totale.

    Imaginons que tu partes d'1 mole de H3A. En présence d'1 mole de NaOH, tu auras la réaction :
    H3A + NaOH -> NaH2A + H2O
    et, à l'équilibre, tu auras dans le milieu 1 mole de NaH2A

    Si tu rajoutes encore de la soude, elle pourra réagir avec cette espèce, pour donner sa base conjuguée Na2HA suivant la réaction
    NaH2A + NaOH -> Na2HA + H2O

    et ainsi de suite...
    Connaissant le nombre de moles initial de H3A et celle de NaOH, tu pourras déterminer quelles sont les espèces présentes dans le milieu à l'équilibre, et appliquer la formule qui va bien pour déterminer le pH de la solution
    Dernière modification par vpharmaco ; 12/09/2015 à 16h09.

  4. #3
    plop79

    Re : déterminer le pH d'un mélange d'acide citrique et d'hydroxyde de sodium

    Je comprend, mais du coup ça soulève d'autres questions :

    Quand on mélange un acide quelconque avec de la soude, il se formera toujours un composé du genre NaxHA?

    Y a t-il d'autres espèces chimique qui se comporte comme la soude lorsqu'on les mélanges avec des acides? genre toutes les base fortes se comporte comme la soude avec les acides faible?

  5. #4
    vpharmaco

    Re : déterminer le pH d'un mélange d'acide citrique et d'hydroxyde de sodium

    Pour la première question: non, tu n'obtiendras pas toujours le sel de sodium de ton acide.
    Par exemple : R-NH3+Cl- + NaOH -> R-NH2 + H2O + NaCl
    Par contre, tu peux dire que tu obtiendras toujours la base conjuguée de ton acide.

    Pour la deuxième question, oui. Plus globalement, si l'on fait réagir une base avec un acide, et que la différence entre leur pKa est élevée (on dit souvent supérieure à 4), on peut alors considérer que la réaction acido-basique est totale.

  6. #5
    plop79

    Re : déterminer le pH d'un mélange d'acide citrique et d'hydroxyde de sodium

    Merci pour ta réponse.

    J'ai refais l'exercice et je bloque encore.

    J'ai calculé les quantités de matière de mes deux espèces à l'état initial :
    nNaOH=1,5.10^-3 mol
    nH3A=0,75.10^-3 mol

    Du coup j'ai fais mon tableau d'avancement avec ma premiere réaction qui est :

    H3A + NaOH ->NaH2A + H2O

    la réaction est total du coup à l'état final il me reste :
    nH3A=0 mol
    nNaOH=0,75.10^-3 mol
    nNaH2A=0,75.10^-3 mol

    l'eau est en exces

    Ma seconde réaction est donc :
    NaH2A + NaOH ->Na2HA + H2O

    et donc finalement comme la réaction est total une fois de plus, je n'ai plus de réactif et il me reste seulement :
    nNa2HA=0,75.10^-3 mol

    Sauf que maintenant je ne vois pas le rapport entre la quantité de matière de mon élément final et le pH...

    la formule pH= pKa +log([A+]/[A-]) ne me sert pas à grand chose ici.
    De plus je trouve ça bizarre de ne plus faire intervenir une des formes de l'acide citrique à partir de ma deuxième équation et pourtant ce que j'ai écris me semble cohérent.

    est-ce une erreur de ma part de considérer que l'acide citrique s'est entièrement transformé avec la soude ou dois-je encore considérer les deux espèce HA2- et A3-?

    Comment faire intervenir H3O+ dans mes équations pour pouvoir en extraire le pH?

  7. A voir en vidéo sur Futura
  8. #6
    vpharmaco

    Re : Déterminer le pH d'un mélange d'acide citrique et d'hydroxyde de sodium

    C'est tout bon !
    Après réaction de la soude, l'espèce majoritaire dans ta solution est effectivement NaH2A.
    Les autres formes sont présentes mais en quantité très faibles devant celle de NaH2A.

    Il te faut donc déterminer le pH d'une solution d'une espèce ampholite, NaH2A.
    Celle-ci se calcule en utilisant la formule donnée dans la correction. Si tu ne l'as pas vue en cours, tu trouves ici la démonstration de la formule : http://158.64.21.3/chemistry/stuff1/...ns/ampho_h.htm
    Dernière modification par vpharmaco ; 14/09/2015 à 20h52.

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  10. #7
    vpharmaco

    Re : Déterminer le pH d'un mélange d'acide citrique et d'hydroxyde de sodium

    oups: Il faut bien sûr lire Na2HA partout dans le message précédent

  11. #8
    plop79

    Re : Déterminer le pH d'un mélange d'acide citrique et d'hydroxyde de sodium

    Haha ça y est je crois que j'ai compris !

    Alors à l'état final je trouve Na2HA ce qui me permet de savoir que les traces restantes d'acide citrique sont sous forme de HA2- lié avec 2 ions Na+.
    Sachant que les couple acide/base de l'acide citrique sont :

    H3A/H2A- pKa = 3.08
    H2A-/HA2- pKa = 4.76
    HA2-/A3- pKa = 6.4

    je peu en déduire que je dois utilisé les pKa des deux dernier couples car la forme présente de l'acide citrique est HA2-.

    Donc en appliquant ma formule par la suite je trouve effectivement le pH = 0.5(4.76 + 6.4) = 5.58 !

    j'aurai juste deux dernière question :

    -Ma démarche et justification dessus sont-elles correct?
    -Comment je sais que Na2HA est une espèce ampholythe? c'est parce que s'il y avait plus de soude elle aurait encore pus continuer à réagir pour former un Na3A ? Et du coup si je comprend bien, en admettant qu'on en soit arrivé là, cette espèce n'est pas ampholyte car elle ne peu plus réagir avec de la soude? Donc finalement dans cette histoire on a deux espèce Ampholythes qui sont Na2HA et NaH2A? =)

  12. #9
    vpharmaco

    Re : Déterminer le pH d'un mélange d'acide citrique et d'hydroxyde de sodium

    - oui à toutes les questions
    - on sait que ce sont des espèces ampholites car elles ont deux pKa. Elles se comportent donc à la fois comme base et acide de Bronstedt.

  13. #10
    plop79

    Re : Déterminer le pH d'un mélange d'acide citrique et d'hydroxyde de sodium

    Super merci beaucoup pour les réponses ! =)

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