Acides-bases

Calculez le pH d'une solution α de 20 mL dans laquelle on dissout 7,90×10^-3 moles de NaOH.

Calculez le pH d'une solution β de 95 mL dans laquelle on dissout 3,78 grammes de CH₃COCOOH.
Données : pKa (CH₃COCOOH/CH₃COCOO^-) = 2,5, et M_CH3COCOOH = 88 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 :

NaOH fait partie de la liste des bases fortes donnée par Mr Collin dans le cours sur les réactions acido-basiques en phase aqueuse, c'est donc une base forte. Nous allons commencer par calculer la concentration de l'espèce considérée dans la solution. La quantité de NaOH 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 = 3,95×10^-1 mol.L^-1 nous pouvons calculer le pH de la solution. Étant donné qu'elle contient une base forte le pH se calcule comme suit :

pH_α = 13.6

Solution β :

CH₃COCOOH a un pKa compris entre 0 et 14 exclus et est l'acide du couple CH₃COCOOH/CH₃COCOO^- étant donné que ça en est le premier terme, c'est donc un acide faible. Nous allons commencer par calculer la concentration de l'espèce considérée dans la solution. La quantité de CH₃COCOOH 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 = 4,52×10^-1 mol.L^-1 nous pouvons calculer le pH de la solution. Étant donné qu'elle contient un acide faible le pH se calcule comme suit :

pH_β = 1.4

Solution γ :

Nous avons ici le mélange d'une base forte et d'un acide 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 = 3,95×10^-1 × 2,00×10^-2 = 7,90×10^-3 moles

n_β = C_β × V_β = 4,52×10^-1 × 9,50×10^-2 = 4,29×10^-2 moles

NaOH est une base forte 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'un acide faible CH₃COCOOH et de sa base faible conjuguée CH₃COCOO^-, 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 = 1.9