Acides-bases

Calculez le pH d'une solution α de 20 mL dans laquelle on dissout 9,60×10^-3 moles de C₆H₅O^-.
Données : pKa (C₆H₅OH/C₆H₅O^-) = 10.

Calculez le pH d'une solution β de 50 mL dans laquelle on dissout 2,81×10^-1 grammes de HCl.
Données : M_HCl = 36 g.mol^-1.

Calculez le pH de la solution γ résultant du mélange des solutions α et β.

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Correction :

Solution α :

C₆H₅O^- a un pKa compris entre 0 et 14 exclus et est la base du couple C₆H₅OH/C₆H₅O^- étant donné que ça en est le deuxième terme, c'est donc une base faible. Nous allons commencer par calculer la concentration de l'espèce considérée dans la solution. La quantité de C₆H₅O^- présente a été donnée en moles, donc pour trouver la concentration on procède comme suit, en pensant bien à prendre le volume en litres :

Ainsi avec C = 4,80×10^-1 mol.L^-1 nous pouvons calculer le pH de la solution. Étant donné qu'elle contient une base faible le pH se calcule comme suit :

pH_α = 11.8

Solution β :

HCl fait partie de la liste des acides forts donnée par Mr Collin, c'est donc un acide fort. Nous allons commencer par calculer la concentration de l'espèce considérée dans la solution. La quantité de HCl présente a été donnée en grammes, donc pour trouver la concentration on procède comme suit, en pensant bien à prendre le volume en litres :

Ainsi avec C = 1,56×10^-1 mol.L^-1 nous pouvons calculer le pH de la solution. Étant donné qu'elle contient un acide fort le pH se calcule comme suit :

pH_β = 0.8

Solution γ :

Nous avons ici le mélange d'une base faible et d'un acide fort, ce qui veut dire que les molécules réagissent. Il faudra faire un tableau d'avancement pour trouver les détails de la réaction. Pour ça nous allons d'abord calculer les quantités de matière des deux espèces mises dans le mélange en moles :

n_α = C_α × V_α = 4,80×10^-1 × 2,00×10^-2 = 9,60×10^-3 moles

n_β = C_β × V_β = 1,56×10^-1 × 5,00×10^-2 = 7,80×10^-3 moles

HCl est un acide fort qui en réagissant va donner un ion indifférent ou spectateur incapable d'influencer la valeur finale du pH. C'est donc inutile de se préocuper de cet ion par souci de temps, d'où le remplissage immédiat de sa colonne par des croix.

Nous avons alors le mélange d'une base faible C₆H₅O^- et de son acide faible conjugué C₆H₅OH, ce qui est une solution tampon.

Nous allons tout d'abord calculer les nouvelles concentrations des espèces dans le mélange :

Avec ces valeurs nous pouvons enfin calculer le pH de la solution, qu'on trouve avec la formule utilisée pour les solutions tampon :

pH_γ = 9.4