Exos 1 13 acides bases en sol aqueuse PDF

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corrigés d'exercices de chimie de première année en L1 SDV...

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1

Correction des exercices acides et bases en solution aqueuse I-

Calcul de concentration des solutions et avancement de réaction totale

Exercice 1 – Préparation d’une solution tampon. a- Formules brutes - Ethanoate (ou acétate) de sodium : CH3COONa soit C2H3O2Na - Acide éthanoïque (ou acétique) : CH3COOH soit C2H4O2 - Chlorure de sodium : NaCl b- Masse d’éthanoate de sodium à peser pour préparer 250 mL d’une solution d’éthanoate de sodium à 0.5 mol L-1 C = n/V et n = m/M soit m = CMV m = [Ethanoate de sodium]  MCH3COONa  Vsolution avec

[Ethanoate de sodium] = 0.5 mol L-1 MCH3COONa = 12 + 3 + 12 + 16 + 16 + 23 = 82 g mol-1 Vsolution = 250 mL = 0.25 L

soit m = 0.5  82  0.25 = 10.25 g Volume d’acide acétique à prélever pour préparer 250 mL d’une solution d’acide acétique à 0.5 mol L-1 dliq = mliq en g/Vliq en mL et m = CMV soit Vliq en mL = CMV/dliq Vacide éthanoique = [acide acétique]  MCH3COOH  Vsolution / dacide acétique avec

[acide acétique] = 0.5 mol L-1 MCH3COOH = 12 + 4 + 12 + 16 + 16 = 60 g mol-1 Vsolution = 250 mL = 0.25 L dacide acétique = 1.05

soit Vacide éthanoique = 0.5  60  0.25 /1.05 = 7.14 mL Volume de solution de chlorure de sodium à 0.1 mol L-1 à prélever pour préparer 250 mL d’une solution de NaCl à 2 10-2 mol L-1. Nombre de moles de NaCl à prélever = nombre de moles de NaCl présents dans la solution de NaCl à 2 10-2 mol L-1 Soit Và prélever  0.1 = 0.25  2 10-2 D’où Và prélever = 0.05 L = 50 mL Exercice 2 – Avancement de réaction totale. Calcul du nombre de moles des réactifs à l’état initial : Kaolinite m = 2.36 g soit nkaolinite = 2.36/258.2 = 9.14 10-3 mol On a 500 mL d’une solution d’acide chlorhydrique soit [H3O+] = [Cl-] = 0.118 mol L-1

2

D’où nH3O+ = 0.118  0.5 = 0.059 mol. a- Tableau d’avancement : Avancement

Al2Si2O5(OH)4

+ 6 H3O+

 2 Al3+

+ 2 H4SiO4

+ 7 H2O

Etat initial

9.14 10-3 mol

0.059 mol

0

0

Excès

Etat en cours 

9.14 10-3 - 

0.059 – 6 

+2

+2

Excès (+ 7 )

Etat final  max

9.14 10-3 - max

0.059 – 6 max

+ 2 max

+ 2 max

Excès (+ 7 max)

b- max = avancement maximal c’est-à-dire quand l’un au moins des 2 réactifs est totalement consommé (le réactif en défaut). Si c’est la kaolinite qui est en défaut, alors 9.14 10-3 - max = 0 et max = 9.14 10-3 mol Si c’est H3O+ qui est en défaut, alors 0.059 – 6 max = 0 et max = 9.83 10-3 mol On retient la plus petite valeur, donc max = 9.14 10-3 mol donc la kaolinite = réactif limitant. c- Concentration des ions oxonium en fin de réaction D’après le tableau d’avancement, n(H3O+) = 0.059 – 6 max = 0.059 -6  9.14 10-3 = 4.16 10-3 mol d’où [H3O+] = n/V = 4.16 10-3 / 0.5 = 8.3 10-3 mol L-1. Concentration des ions aluminium en fin de réaction D’après le tableau d’avancement, n(Al3+) = 2 max = 2  9.14 10-3 = 18.28 10-3 mol d’où [Al3+] = n/V = 18.28 10-3 / 0.5 = 36.6 10-3 mol L-1. d- Pour être dans des proportions stœchiométriques, on doit rajouter à la même solution d’acide chlorhydrique une quantité de kaolinite telle que n(kaolinite) = n(H3O+) / 6 Soit n(kaolinite) = 0.118  0.5 / 6 = 9.83 10-3 mol D’où m(kaolinite) = 9.83 10-3  258.2 = 2.54 g. II-

Couples acide-base selon Bronsted

Exercice 3 – Une histoire de couples (a) H2CO3/ (e) HCO3(k) C6H5OH / (d) C6H5O(i) H4SiO4 / (l) H3SiO4(m) H3N+CH2COOH / (j) H3N+CH2COO-

Exercice 4 – Formule de l’acide conjugué ou de la base conjuguée des espèces suivantes et leur nom H2SO4 (acide sulfurique) / HSO4- (ion hydrogénosulfate)

3

HCO3- (ion hydrogénocarbonate) / CO32- (ion carbonate) HSO3- (ion hydrogénosulfite) / SO32- (ion sulfite) H2O (eau) / HO- (ion hydroxyde) +NH

4

(ion ammonium) / NH3 (ammoniac)

Rmq: NH3(g) : ammoniac et NH3(aq) : ammoniaque H2O (eau) / HO- (ion hydroxyde) H3O+ (ion hydronium ou oxonium) / H2O (eau) H2PO4- (ion dihydrogénophosphate) / HPO42- (ion hydrogénophosphate) H3PO4 (acide orthophosphorique) / H2PO4- (ion dihydrogénophosphate) Rmq : H2O ou H2PO4- sont des ampholytes ou des espèces amphotères qui peuvent se comporter à la fois comme un acide et une base.

Exercice 5- Maintien du pH de l’eau de piscine a- Carbonate de sodium Na2CO3 b- Réaction (1) H3O+ + CO32-  H2O + HCO3Acide 1 Base 2 Base 1 Acide 2 + 2Couples acide/base: H3O / H2O et HCO3 / CO3 c- Hydrogénosulfate de sodium NaHSO4 d- Réaction (2) HO+ HSO4-  H2O + SO42Base 1 Acide 2 Acide 1 Base 2 Couples acide/base: H2O / HO et HSO4 (ion hydrogénosulfate) / SO42- (ion sulfate) III-

Réactions d’espèces acides ou basiques avec l’eau et constantes associées

Exercice 6 – Acide ou base ? 1) Réaction d’hydrolyse de l’acide éthanoïque CH3COOH + H2O  CH3COO- + H3O+ Couple CH3COOH / CH3COOKa = [CH3COO-] [H3O+] / [CH3COOH] 2) Réaction d’hydrolyse de la méthylamine CH3NH2 + H2O  CH3NH3+ + HOCouple CH3NH3+ / CH3NH2 Kb = [CH3NH3+] [HO-] / [CH3NH2]

4

3) Réaction d’hydrolyse du phosphate d’aluminium AlPO4(s) = Al3+, PO43- en solution aqueuse (Al3+ ion indifférent ou spectateur) PO43- + H2O  HPO42- + HOCouple HPO42- / PO43Kb = [HPO42-] [HO-] / [PO43-] 4) Réaction d’hydrolyse du chlorure d’ammonium NH4Cl(s) = NH4+, Cl- en solution aqueuse (Cl- ion indifférent ou spectateur) NH4+ + H2O  NH3 + H3O+ Couple NH4+ / NH3 Ka = [NH3] [H3O+] / [NH4+] Exercice 7 – L’acide lactique a) Formule semi-développée de l’acide lactique O H3 C

H

C O

CH

H acide

OH

b) Un lait frais, propre à la consommation, présente une concentration massique en acide lactique comprise entre 1,5 g L-1 et 1.8 g L-1. Le lait de concentration molaire CA = 3.82 10-2 mol L-1 correspond à la concentration massique suivante : CA,massique = CA  Macide lactique = 3.82 10-2  90 = 3.4 g L-1 Le lait est donc impropre à la consommation. c) CH3CH(OH)COOH + H2O  CH3CH(OH)COO- + H3O+ d) Ka = [CH3CH(OH)COO-][ H3O+]/[ CH3CH(OH)COOH] Relation pH et [H3O+] ou [OH-]

IV-

Exercice 8 – Compléter le tableau ci-dessous sachant que les mesures sont réalisées à 25°C Nature du milieu étudié pH

sang

urine

estomac

intestin

7.39

5.96

1.2

8.8

[H3O +] en mol L-1

4.07 10- 8

1.1 10- 6

6.3 10-2

1.66 10-9

[HO- ] en mol L-1

2.45 10- 7

9.09 10 -9

1.59 10 -13

6.0 10-6

Acide, neutre ou

>7 basique...