Acides-bases

Calculez le pH d'une solution α de 25 mL dans laquelle on dissout 8,20×10^-3 moles de HCl.

Calculez le pH d'une solution β de 70 mL dans laquelle on dissout 7,62×10^-1 grammes de NH₂OH.
Données : pKa (NH₃OH⁺/NH₂OH) = 5,95, et M_NH2OH = 34 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 :

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 moles, donc pour trouver la concentration on procède comme suit, en pensant bien à prendre le volume en litres :

Ainsi avec C = 3,28×10^-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_α = 0.5

Solution β :

NH₂OH a un pKa compris entre 0 et 14 exclus et est capable de capter un proton grâce à un doublet non liant sur l'azote, c'est donc une base faible. Nous allons commencer par calculer la concentration de l'espèce considérée dans la solution. La quantité de NH₂OH 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 = 3,20×10^-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_β = 9.7

Solution γ :

Nous avons ici le mélange d'un acide fort et d'une base faible, 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 = 3,28×10^-1 × 2,50×10^-2 = 8,20×10^-3 moles

n_β = C_β × V_β = 3,20×10^-1 × 7,00×10^-2 = 2,24×10^-2 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 NH₂OH et de son acide faible conjugué NH₃OH⁺, 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 = 6.2