Acides-bases

Calculez le pH d'une solution α de 90 mL dans laquelle on dissout 3,24×10^-2 moles de HCOOH.
Données : pKa (HCOOH/HCOO^-) = 3,75.

Calculez le pH d'une solution β de 90 mL dans laquelle on dissout 2,86×10^-2 moles de (CH₃)₃CONa.

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

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Correction :

Solution α :

HCOOH a un pKa compris entre 0 et 14 exclus et est capable de céder un proton, c'est donc un acide faible. Nous allons commencer par calculer la concentration de l'espèce considérée dans la solution. La quantité de HCOOH 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 = 3,60×10^-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_α = 2.1

Solution β :

(CH₃)₃CONa fait partie de la liste des bases fortes donnée par Mr Collin dans le cours sur les alcynes en chimie organique, c'est donc une base forte. Nous allons commencer par calculer la concentration de l'espèce considérée dans la solution. La quantité de (CH₃)₃CONa 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 = 3,18×10^-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_β = 13.5

Solution γ :

Nous avons ici le mélange d'un acide faible et d'une base forte, 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 = 3,60×10^-1 × 9,00×10^-2 = 3,24×10^-2 moles

n_β = C_β × V_β = 3,18×10^-1 × 9,00×10^-2 = 2,86×10^-2 moles

(CH₃)₃CONa 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 HCOOH et de sa base faible conjuguée HCOO^-, 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 = 4.6