Devoirs

[Carlalprs]

Bonsoir,
j'ai un exercice en chimie et je bloque a quelque questions. Si quelqu'un pourrait m'aider svp.

Exercice 2 : Chaulage d’un lac
Le territoire du Québec possède de nombreux lacs
appelés « lacs acides» dont le pH est inférieur à 5,5.
L'acidité d'un tel lac peut être d'origine naturelle ou
humaine. Le terme « lac acidifié » est utilisé dans ce dernier
cas. Cette acidification est généralement survenue au
cours des 40 à 100 dernières années. [...]
Les oxydes de soufre et d'azote émis dans l'atmosphère
sont les causes les plus importantes de l'acidité des
précipitations, entraînant l’acidification des lacs. Ces
polluants se combinent à l'humidité de l'air pour se
transformer en acides sulfurique et nitrique, lesquels
retombent ensuite au sol sous forme de pluies, neiges,
dépôts secs et dépôts gazeux, et ce, après avoir parcouru
des milliers de kilomètres. Les mesures des sulfates (SO42-)el des nitrates (NO3-) sont utilisées comme indicateurs des apports en acides sulfurique (H2SO) et nitrique(HNO3).
D'apres La Problématique des lacs acides au Québec, J. Dupont Ministère du Développement
durable de l'Environnement et des Parcs.
Certaines communes du Québec ont utilisé une technique appelée chaulage pour lutter contre
l'acidification de leurs lacs. Cet exercice se propose de comprendre la cause de cette acidification
et le principe de son traitement.
1) a) À l'aide du document ci-contre, déterminer la concentration minimale en ions oxonium H3O+ dans l'eau d'un lac pour qu'il soit qualifié d'acide.
b)Les oxydes d'azote sont responsables de la formation de l'acide nitrique HNO3 dans l'eau de pluie.
L'acide nitrique est un acide fort.
Écrire l'équation de sa réaction avec l'eau.
c) L'utilisation de combustible fossile produit du dioxyde de soufre SO2, oxydé en trioxyde de soufre
SO3 par le dioxygène dans l'atmosphère puis transformé en acide sulfurique H2SO4 au contact de
l'eau. Écrire les équations des réactions de formation de l'acide sulfurique.
d) On considèrera l'acide sulfurique comme un diacide fort, c'est-à-dire qu'il peut céder totalement
deux ions H+ par molécule H2SO4. Écrire l'équation de sa réaction avec l'eau.
e) Pourquoi les ions sulfate et nitrate sont-ils utilisés comme « indicateurs des apports en acide sulfurique et nitrique » ?
2) On considère un lac acide de volume V = 5,0.10puissance8 m3 dont le pH vaut initialement 5,5.
a) Quelle est la quantité no d'ions H3O+ dans ce lac ?
b) Le chaulage d'un lac consiste à augmenter son pH en y ajoutant une base A-. Expliquer cette méthode en s'appuyant sur l'écriture d'une réaction acido-basique considérée
comme totale.
c) On souhaite obtenir un pH final de 6,0. Quelle quantité de base faut-il ajouter au lac ?
d) Quel est le coût de l'opération si la base utilisée est du carbonate de calcium de masse
molaire M =100 g.mol-1 et dont le prix est de 50 € la tonne ?

la 1.e je ne vois pas du tous comment faire et la 2.B pour équation j'ai fais : H3O+ + A- -> H20 + AH mais je ne vois pas comment l'utiliser.

si quelqu'un a des réponses, merci d'avance
-----

[Cordier120]

http://europhys.stav.free.fr/TermDS1_2014-2015.pdf
EXERCICE 2?

[Carlalprs]

oui c'est lui

[Cordier120]

google est ton ami : xxxxxxx

Merci de ne pas donner de corrections toutes faites.

[A voir en vidéo sur Futura]

[Cordier120]

si tu veux des explications, je suis dispo!

[Carlalprs]

oui j'ai déjà vue le corrigé mais je ne le comprends pas pour la question 2.B et 1.E donc ça m'énerve un peu
la 2.B je comprends pas comment rien qu'avec l'équation on sait que H3O+ est consommée et je ne vois pas comment l'équation nous permet de dire que le PH augmente
et la 1.E je comprend pas du tous le raisonnement

[Cordier120]

1.E
explication pour les sulfates:
H2SO4 (acide fort donc totalement disocié dans l'eau) va donner 2H+ et SO42-
donc si tu veux savoir à quel point l'eau à été acidifiée par les pluies acides, il faut chercher les ions sulfates.

de même pour NO3-

2.B
rappel : pH = -log[H3O+]
pH=0 acide pH=7 basique pH=14
quand tu basifies un milieu, tu fait augmenter son pH, soit en faisant réagire les H3O+, soit en "liberant" des HO-

C'est une réaction totale car on te le dit, Donc il n'y a pas d'équilibre (et c'est une bonne chose)

Je ne pense pas avoir répondu entierement à ta question, alors redis moi ce qui ne va pas.

[Carlalprs]

d'accord pour la 1.E j'ai compris, mais dans le corrigé on me parle de H3O+ aussi ce n'est pas nécessaire dans parler ?
merci

et pour la 2.B je ne comprends pas pourquoi H3O+ est consommée en faite et pas A-

[Cordier120]

H+ + H2O = H3O+ donc parler d'H+ ou d'H3O+ c'est équivalent (milieu aqueux)

H3O+ et A- réagissent pour donner H2O et AH

donc si on parle de H+ plutot que de H3O+ ça donne ça :

A- + H+ -> AH

Donc A- est bien consommé : AH ne se comporte pas comme A-

[Carlalprs]

oui d'accord mais dans ce cas la on forme AH donc de l'acide et le pH n'augmente pas alors qu'on veut prouver qu'il augmente donc je ne comprends pas
et je ne comprends toujours pas pourquoi H3O+ est consommé et pas A-

[Cordier120]

Haaa.... je commence à comprendre!
quand je présente A- + H+ -> AH, tu vois AH comme un acide.
Mais il s'agit de l'acide conjugué de la base.
en gros, L'objectif de A- est de se stabiliser avec un H+, mais une fois qu'il en à un, il ne le lâche pas si facilement, car il est devenue + stable ; c'est donc l'acide conjugué, qui n'est pas si acide que ça.
Tandis que quand tu vois un acide (ex CH3-COOH) qui devient base conjuguée (CH3-COO-), il faut savoir qu'il est plus stable sous la forme de base conjuguée (le H de tient pas très bien sur la molécule, donc il se bare.

Wiki:
En chimie, la base conjuguée d'un acide est l'espèce chimique (ion ou molécule) qui forme avec cet acide un couple acide/base.

La base conjuguée d'un acide fort est une base très faible ou nulle (ex. : couples acide chlorhydrique/chlorure, acide bromhydrique/bromure et acide iodhydrique/iodure).

La base conjuguée d'un acide très faible ou nul est une base forte (ex. : couples eau/hydroxyde, hydrogène/hydrure et ammoniac/amidure).

Pour les cas intermédiaires, plus l'acide est fort, plus la base conjuguée est faible et inversement.


et vice-versa :
En chimie, l'acide conjugué d'une base est l'espèce chimique (ion ou molécule) qui forme avec cette base un couple acide/base.

L'acide conjugué d'une base forte est un acide très faible ou nul (les couple hydroxyde/eau, hydrure/hydrogène et amidure/ammoniac par exemple).

L'acide conjugué d'une base très faible ou nulle est un acide fort (les couples chlorure/acide chlorhydrique, bromure/acide bromhydrique et iodure/acide iodhydrique par exemple).

Pour les cas intermédiaires, plus la base est forte, plus l'acide conjugué est faible et inversement.

[Carlalprs]

ah!! d'accord je vois donc A- et AH sont liées, ils appartiennent a un même couple et on peut donc en déduire que A- est une base forte et AH un acide faible c'est ça ?
mais je ne comprends pas alors pourquoi on dit que H3O+ est consommée car comme il est mis en réactif c'est H3O+ et A- qui sont consommées donc ils sont plus présents tous les deux

[Cordier120]

bon, pour un même couple on ne parle que de base et d'acide conjugué ou acide et base conjuguée (sinon, tu vas avoir des PB avec ton prof) mais l'important, c'est que tu aies le déclic.

exact, H3O+ et A- sont bien consommés tous les deux, et c'est l'objectif : HO- (pour simplifier la base) et H+ (pour simplifier l'acide) forment de l'eau (pH eau = 7)
Donc tu élimine de la base (qui devient un acide conjugué, donc avec un très faible impacte sur le pH de la solution) pour former de l'eau (à pH7).

au final, H3O+ redevient de l'eau (H2O) et la base devient presque inerte (d'un point de vue pH).

Donc, tu passes d'acide (avec H3O+) à moins acide (soit une augmentation de pH), en ajoutant de la base (A-, que j'ai simplifié en HO- plus tot)



Dis moi si je ne suis pas complet dans ma réponse, et si oui, peux tu reformuler la question STP?

[Carlalprs]

à partir de : Donc tu élimine de la base
je n'ai pas du tous compris, pourriez vous me reexpliquer svp

[Cordier120]

ok, on va faire autrement, qu'est-ce que tu penses savoir/ne pas savoir.
Il semble que je n'ai pas bien compris ce que tu voulais savoir, peux tu reformuler ce que tu n'as pas compris STP
(tu peux me tutoyer, j'ai 19 ans)

[Carlalprs]

d'accord ça marche
et bien, j'ai compris que A- et H3O+ sont consommées tous les deux comme ce sont des réactifs et que A- va se transformer en AH et H3O+ en H2O.
mais je ne comprends donc pas pourquoi le PH augmente, car on a AH qui est un acide et H20 qui est de l'eau donc neutre, donc le Ph tend vers l'acide
et je ne comprends donc pas pourquoi le pH augmente

[Cordier120]

Il faut considèrer que A^- est basique (influence sur le pH) ; il est instable électiquement, et cherche naturellement à capter un H⁺ provenant de H3O⁺ (H2O + H⁺)
Mais que AH, "l'acide" conjugué est stabilisé ; il ne veut pas libèrer son H⁺ donc il n'est pas acide :

"Dans le cadre de la théorie de Brønsted-Lewis, un acide est une espèce qui peut libérer un proton*, et une base toute espèce qui peut capter un proton*.
Proton* = H⁺

Dans le couple base/acide conjugué qu'on voit ici, c'est la base qui est réactif (base forte, ce qui veut dire que la réaction ne va que dans un sens), donc l'acide conjugué ne va pas retourner au stade de base en liberant un H⁺.

Donc comme on ne va pas avoir cette réaction :
AH + H₂O -> A^- + H₃O⁺

donc l'aciditée ne va pas revenir
donc le pH va augmenter

C'est bon ou pas?

[Carlalprs]

d'accord merci beaucoup cette fois j'ai compris !
juste un détail :
pourquoi A- cherche a capter le H de H3O+? et donc le couple H2O/H3O+ sert a rien ici ?

[Carlalprs]

et pour la rédaction j'explique tous comme cela ou je donne juste le resultat?

[Carlalprs]

et pour la question suivante, je comprends pas pourquoi la quantité d'H3O+ consommée nous donnera la quantité de base a ajoutée ?

[Cordier120]

ici, ils mettent de la chaux (CaO) sur un lac acide
Ca devient facilement ionique dans l'eau (ses liaisons sont fragiles, Cf électro négativité)
Donc si Ca et O se désolidarisent, tu va voir ça :
Ca²⁺ + O^2-
Or, tu as remarqué que l'Oxygène n'est jamais sous cette forme
Donc l'oxygène va profiter des ions oxoniums pour se fournir en H⁺, et donc se stabiliser

Finalement, on a :

CaO + 2H₃O⁺ -> Ca²⁺ + 3H₂O

C'est sans doute assez mal expliqué, mais il faut retenir que si on te dit qu'on met une base avec un acide, la base capte le H⁺ que l'acide libère
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Ici, il faut juste dire que la base ajoutée neutralise les ions oxoniums, responsables de l'acidité du Lac, en mettant la reaction du corrigé avec H3O⁺;A^-;H₂O;AH
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Ici, ils se basent sur le fait qu'une mole d'H3O⁺ réagit avec une mole de Base

Tout d'abord, il faut se poser la question : à quelle quantité d'H3O⁺ cela corespond-t-il? ([H3O+] = 10^{^-pH}) (n = C*V) (attention, il faut faire une soustraction de quantité)
Une fois que tu as la quantité d'H3O⁺ à "neutraliser", tu as la quantité de base à ajouter (tu est en 1 pour 1 pour les coefficients stoechiométriques).

Tu y arrivera avec la dernière question ? (attention, tu n'est plus en 1 pour 1 à la dernière question : CaCO₃

[Carlalprs]

d'accord merci beaucoup
pour votre première partie j'ai compris,
la deuxième je ne comprends toujours pas comment A- neutralise H3O+
et pour la troisième j'ai compris comment faire mais je ne comprends pas pourquoi la base a ajoutée correspond a ce qu'on a neutralisé de H3O+
et la derniere question non je ne vois pas comment faire

[Cordier120]

ok, donc maintenant, ce que tu ne comprends pas repose sur A^-+H₃O⁺->AH
et là, franchement, je ne sais plus comment m'y prendre.
Est-t-il possible pour toi d'aller voir ton prof, qui pourra sans doute mieux t'expliquer, et te faire comprendre ce concept, que moi?
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Concernant l'avant-renière question, il faut que tu intègre le concept que tu ne comprends pas càd 1mole de base + 1mole d'acide -> eau (+ acide conjugué), pour trouver la quantité (en mole) à apporter.
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Une fois que tu as cette quantité de base (en mole), il faut que que tu puisses comprendre que, ici, 2mol d'acide réagissent avec 1 mol de base (CaCO3), donc tu divise par 2 la quantitée de base à apporter trouvé précédement. (n'=1/2n=1/2*"delta"n(H30+)=1/2*(10^-pH_i-10^-pH_f)*V
Ensuite, tu trouves le masse correspondante (m=M*n') (résultat en grammes)
Or 1g = 1.10-6 T (m'=M*n'*1.10-6)
Tu trouves le nombre de Tonnes à apporter
1T=50€ (€=m'*50=M*n'*1.10-6*50)
Tu trouves le nombre d'€
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Bon, je suis conscient que tu ne comprends pas mieux le truc du A- et du AH, mais là, je suis à cours d'arguments, et sans doutes pas très pédagogue, et je t'en demande pardon.
Pour ce qui est de la fin de l'exo, ce n'est qu'une question de conversions.
Si tu as d'autres questions, n'hésite pas, mais pour le A-, je plafonne, je n'arrive pas à être meilleur pédagogue ; alors n'hésite pas à demander de l'aide du côté de tes profs et de tes amis.
Bonne continuation.

[Carlalprs]

bonsoir,
désolée de vous répondre aussi tardivement mais j'ai eu ma journée d'appel aujourd'hui et par conséquent je n'ai pas venir plutôt

pour l'avant dernière question pas de problème j'ai compris le concept!

pour la dernière 2 mole d'acides réagissent avec 1 mole de base car on obtient les ions carbonates et calcium ? sinon d'accord j'ai compris également merci beaucoup

et pour celle qui pose problème je comprends que A- et H3O+ sont consommées tous les deux mais je ne vois vraiment pas comment A- neutralisée H3O+. peut être parce que H3O+ est un acide et A- une base donc la base étant présente en plus grande quantité vue qu'on en rajoute va neutralisé H3O+ car il y en a moins? sinon d'accord je demanderais a mon professeur

merci de votre aide