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pH de mélange de solutions aqueuses



  1. #1
    Nad423179

    pH de mélange de solutions aqueuses


    ------

    Bonjour à tous,

    Je n'ai pas fait de chimie des solutions aqueuses depuis très longtemps et je dois m'y remettre aujourd'hui.
    Pour un procédé je dois évaluer le pH d'un mélange (les composants de ce mélange varient, je dois donc établir des équations générales pour les prendre en compte). Je voudrais verifier avec vous que ma démarche est bonne et que je ne fais pas d'erreurs ni d'approximations hasardeuses et que je n'oublie rien
    Je mélange deux produits :
    le premier produit peut contenir de l'eau seule (là je n'ai pas de problème) ou de l'eau et un mélange acide acétique, acide formique avec par exemple un pH de 2,4 (c'est le cas que je traite avant de généraliser mes équations)
    La seconde solution est une mélange acide acétique, acide formique, eau de pH variable entre 9 et 11,5 (dans l'exemple que j'ai choisi de traiter le pH est de 9.5).
    Pour évaluer le pH final du mélange (2/3 de 1 et 1/3 de 2), j'ai fait un bilan des espèces à l'état initial lors du mélange :
    H3O+, CH3COOH,CH3COO-, HCOOH, HCOO-et OH-

    La première réaction qui me vient est donc la réaction acide fort base forte : dans l'exemple que j'ai choisi de suivre :
    H+ initial = 2.37 10^-3 mol/L H+ final = 2.36 10^-3 mol/L
    OH- initial = 1.18 10^-5 mol/L OH- final = 4.24*10^-12 mol/L -> negligeable

    Je m'intéresse ensuite aux réactions suivantes entre H+ et CH3COO- et H+ et HCOO-. Je dois les considérer comme simultanées vu le faible écart des constantes (pKa de 3.8 pour l'acide formique et 4.8 pour l'acide acétique).
    j'ai les concentrations suivantes
    CH3COOH initial = 1.37 *10-1 mol/L
    CH3COO- initial = 9.31 *10-2 mol/L
    HCOOH initial = 4.27*10-2mol/L
    HCOO- initial = 3.04*10-2 mol/L
    H+ = valeur trouvée précédemment = 2.36*10-3 mol/L

    Et là je me retrouve avec un système de deux équations à deux inconnues du second degré puisque les réactions sont simultanées, ce qui me parait assez compliqué à résoudre (je ne peux travailler que sous excel).

    Mon raisonnement est-il correct ? Est-ce que je peux considérer les réactions comme successives pour simplifier le pb ? Quelles approximations je peux faire pour simplifier mon problème ?

    Je vous remercie d'avance pour votre aide.

    -----

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  3. #2
    HarleyApril
    Modérateur

    Re : pH de mélange de solutions aqueuses

    Bonjour

    Il y a un petit souci :
    La seconde solution est une mélange acide acétique, acide formique, eau de pH variable entre 9 et 11,5
    Il y a donc autre chose dans la solution !

    cordialement

  4. #3
    Nad423179

    Re : pH de mélange de solutions aqueuses

    @HarleyApril
    oui, oui, effectivement, on est en milieu basique avec de la soude, j'ai oublié de le préciser, c'est donc les formes basiques des couples qui sont prédominantes (HCOO- et CH3COO-)

    Cordialement
    Dernière modification par Nad423179 ; 31/03/2021 à 13h32.

  5. #4
    HarleyApril
    Modérateur

    Re : pH de mélange de solutions aqueuses

    Il va falloir un peu plus de données.
    Ce qu'il faudrait, ce serait par exemple, pour chaque solution, le pH et la concentration (du genre solution 1 : pH 2.4 et concentration acétique + formique 1mol/L)

  6. A voir en vidéo sur Futura
  7. #5
    Nad423179

    Re : pH de mélange de solutions aqueuses

    Je me rends compte que j'ai voulu aller trop vite.
    solution 1 : 2000 L
    pH = 2.42
    CH3COOH = 2.18 *10-1 mol/L
    CH3COO- = 9.15*10-4 mol/L
    HCOOH = 6.82*10-2 mol/L
    HCOO- = 2.86*10-3 mol/L
    OH- = 3.78 * 10-3 mol/L

    solution 2 : 1200 L (les concentrations sont issues de calcul)
    pH = 9.5
    CH3COO- = 2.48 *10-1 mol/L acide conjugué négligeable
    HCOO- = 7.66*10-2 mol/L acide conjugué négligeable
    OH- = 3.16*10-5 mol/L

    bien entendu lors du mélange, on revient au nombre de moles et on calcule les concentrations de chaque élément avant l'équilibre (en négligeant toute rétractation de volume lors du mélange)
    OH- =1.18*10-5 mol/L
    H+ = 2.37*10-3 mol/L
    CH3COOH =1,37 *10-1 mol/L
    CH3COO- = 9.31*10-2 mol/L
    HCOOH =4.27*10-2 mol/L
    HCOO-= 3.04*10-2 mol/L

    la premiere réaction semble donc être la réaction OH- + H+ (même si on aurait pu considérer H+ suffisamment faible pour le négliger)

    Il nous reste comme espèce présente :
    H+, H2O pka 0
    HCOOH HCOO- pka 3.8
    CH3COOH CH3COO- pka 4.8

    l'écart de pKA est faible donc les réactions Ch3COO- + H3O+ et HCOO- + H3O+ semblent être simultanées
    mais on obtient 2 équations à 2 inconnues de second degré (et là je ne sais plus faire)

    peut on donc considérer les réactions successives ? avec cette approximation j'obtiens un pH de 4.38
    J'espère être plus claire.

    A cette solution je rajoute derrière une autre solution 1600 L de pH 11 (CH3COO- = 2.13*10-1 mol/L et HCOO- = 6.14*10-2 mol/L) et je dis trouver le nouveau pH et là je trouve 4.78 avec la même méthode ce qui me parait vraiment aberrent.
    C'est pour cela que je voudrais voir si ma méthode est cohérente et si vous voyez à quel endroit mon raisonnement est faux...

    Merci de l'attention que vous portez à mon problème

  8. #6
    HarleyApril
    Modérateur

    Re : pH de mélange de solutions aqueuses

    J'ai demandé à excel de me filer un coup de main.

    Si on part de 1200L d'une solution basique à pH 9.5 avec 0.248mol/L d'acide acétique et 0.0766mol/L d'acide formique
    et qu'on y ajoute 2000L d'une solution acide à pH 2.4 avec 0.219mol/L d'acide acétique et 0.071mol/L d'acide formique,
    on obtient une solution à pH 4.3.

    Nom : Capture.JPG
Affichages : 28
Taille : 45,7 Ko

    Le raisonnement est de faire une neutralisation du total des acides.

    À partir de la solution basique, je calcule la quantité de matière en ions sodium (c'est donc la soude). D'où la [COLOR=""#FF0000""]concentration finale en sodium[/COLOR].
    Je calcule ensuite le total des acétiques et formiques apportés par les deux solutions.
    Reste à calculer le pH dans le cas général. Là j'utilise un truc qu'on n'apprend pas à l'école : je fait un tableau avec un incrément de pH. Je calcule pour chaque pH la concentration en proton, hydroxyde, acétate et formiate. L'électroneutralité me permet de calculer la concentration en sodium.
    Reste à trouver dans ce tableau la [COLOR=""#FF0000""]concentration finale en sodium[/COLOR] qui correspond à ce qui est calculé précédemment et lire la valeur du pH. (fonction recherchev dans excel)

    Dans l'exemple numérique, on a ajouté 389mol de soude à une solution contenant au total 97moles d'acide formique et 299moles d'acide acétique. On a donc à peu près neutralisé tout l'acide formique et une partie de l'acétique. On est dans une situation compliquée pour faire un calcul "à l'endroit".

    Cordialement

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  10. #7
    Nad423179

    Re : pH de mélange de solutions aqueuses

    Merci beaucoup pour le retour, les explications... c'est très sympa d'avoir pris du temps pour m'aider.
    Je suis confortée pour la valeur du pH.
    Pour l'aide par excel, c'est essentiellement pour le tableau à incrément que vous l'utilisez ?
    J'avais tenté d'utiliser des solveurs mais rien à faire.

  11. #8
    HarleyApril
    Modérateur

    Re : pH de mélange de solutions aqueuses

    je fais toute la partie calculatoire dans excel

    Cordialemet

  12. #9
    jeanne08

    Re : pH de mélange de solutions aqueuses

    J'ai testé le logiciel libre "dozzzaqueux" en mettant 20 mL de solution 1 dans le becher et V allant de 0 à 20 mL de solution 2 dans la burette et tracé de la courbe de pH ...(donc on lit le pH pour V =12mL) cela marche et le logiciel est très simple à utiliser ( meme si c'est un peu long d'y rentrer les espèces et les concentrations )

  13. #10
    Nad423179

    Re : pH de mélange de solutions aqueuses

    ok merci beaucoup je vais regarder ca

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