PRÉCIPITÉS - exercices A. EXERCICES DE BASE

Transcription

1 1 PRÉCIPITÉS - exercices A. EXERCICES DE BASE I. Solubilité 1. Calculer la solubilité dans l'eau pure pour les composés suivants, totalement dissociés en solution (en négligeant les interactions avec H 3 O + et OH - ). Données : pk s (CaSO 4 ) = 4,6 ; pk s (CaF 2 ) = 10,4 ; pk s (Ag 2 CrO 4 ) = 12,0. 2. Calculer la solubilité dans l'eau pure pour le composé suivant, également soluble au sens strict, c'est-à-dire non dissocié en solution (en négligeant les interactions avec H 3 O + et OH - ). Données : pk s (CH 3 CO 2 Ag) = 2,7 ; pk d ({CH 3 CO 2 Ag}/Ag + ) = 0,7. II. Effet d'ion commun Calculer la solubilité du sulfate de calcium (pk s = 4,6) en négligeant les interactions avec les ions H 3 O + et OH - : dans l'eau pure ; dans une solution de Na 2 SO 4 à 0,1 mol.l -1 ; dans une solution de CaCl 2 à 0,1 mol.l -1 ; dans une solution de Na 2 SO 4 à 0,01 mol.l -1. III. Effet d'ion commun Calculer la solubilité de l'iodure de plomb (pk s = 9,0) en négligeant les interactions avec H 3 O + et OH - : dans l'eau pure ; dans une solution de KI à 0,1 mol.l -1 ; dans une solution de KI à 0,001 mol.l -1 ; dans une solution de Pb(NO 3 ) 2 à 0,1 mol.l -1. IV. Effet d'ion commun 1. Une réaction chimique produit 5,56 g de précipité de chlorure de plomb (PbCl 2 ) mélangé à des impuretés solubles dans l'eau. On lave le précipité avec un litre d'eau pure : calculer le pourcentage de précipité qui est dissout lors cette opération. 2. Pour éviter la dissolution du précipité, on le lave avec un litre de solution d'acide chlorhydrique. Quelle doit être la concentration de cette solution si on veut perdre ainsi moins de 1 % du plomb précipité? Données : M(Pb) = 207 g.mol -1 ; M(Cl) = 35,5 g.mol -1 ; pk s (PbCl 2 ) = 4,8.

2 2 V. Effet d'ion commun 1. Quelle est la solubilité du sulfate de plomb (K s = ) dans l'eau pure, en négligeant la basicité de SO 4 2-? Quelle est la solubilité en tenant compte de la basicité de SO 4 2-? 2. Quelle quantité de sulfate de sodium (solide) faut-il ajouter pour que 99 % de PbSO 4 précipite (on néglige les variations de volume de la solution)? Donnée : pk a (HSO 4 - /SO 4 2- ) = 1,9. VI. Mélange de solutions On mélange 50 ml d'une solution de BaCl 2 à 0,001 mol.l -1 et 100 ml d'une solution de Na 2 SO 4 à 0,001 mol.l -1. Déterminer les concentrations à l'équilibre et la quantité de précipité (en négligeant les interactions avec H 3 O + et OH - ). Donnée : pk s (BaSO 4 ) = 9,9. VII. Précipitation préférentielle Un précipité contient 3,03 g de sulfate de plomb et 2,72 g de sulfate de calcium. On désire éliminer le calcium du précipité par dissolution (en négligeant les interactions avec H 3 O + et OH - ). Quelle quantité d'eau doit-on utiliser? Quelle est alors la masse de sulfate de plomb dissoute? Données : M(Pb) = 207 g.mol -1 ; M(Ca) = 40 g.mol -1 ; M(O) = 16 g.mol -1 ; M(S) = 32 g.mol -1 ; pk s (PbSO 4 ) = 7,8 ; pk s (CaSO 4 ) = 4,6. VIII. Précipitation préférentielle 1. Calculer la concentration en ions Pb 2+ dans une solution saturée en chlorure de plomb. 2. On met un précipité de PbCl 2 en contact avec un litre de solution de nitrate d'argent à 0,1 mol.l -1. Quelle est la concentration des ions Pb 2+ dans la solution (on néglige {AgCl} aq )? Données : pk s (PbCl 2 ) = 4,8 ; pk s (AgCl) = 9,75. IX. Influence du ph sur la solubilité Tracer la courbe représentant la solubilité du fluorure de calcium en fonction du ph. Données : pk s (CaF 2 ) = 10,4 ; pk a (HF/F - ) = 3,2 ; pk s (Ca(OH) 2 ) = 5,3 ; pk d ({CaOH} + /Ca 2+ ) = 1,5.

3 3 X. Influence du ph sur la solubilité On considère un litre de solution contenant 0,1 mol de HCN et 0,01 mol de AgI. On ajoute progressivement de la soude solide (la variation de volume est négligeable). Déterminer la quantité de soude ajoutée quand le précipité disparaît. Calculer dans ce cas le ph et la concentration des ions CN -. Données : pk s (AgI) = 16,0 ; pk a (HCN/CN - ) = 9,2 ; pk s (AgCN) = 12,0 ; pk 2d ({Ag(CN) 2 } - /Ag + ) = 20,7 (le complexe simple est négligeable). XI. Influence du ph sur la solubilité Le tableau ci-dessous donne la solubilité de l'éthanoate d'argent en fonction du ph : ph 4,0 4,5 4,8 5,0 5,2 5,5 6,0 S (mol.l -1 ) 0,115 0,075 0,061 0,056 0,052 0,049 0,046 En déduire le produit de solubilité de l'éthanoate d'argent et la constante d'acidité du couple CH 3 COOH/CH 3 CO 2 -. XII. Influence de la solubilité sur le ph On ajoute de l'éthanoate d'argent à saturation dans une solution d'acide nitrique à 0,1 mol.l -1 ; le ph devient 4,0. Calculer le produit de solubilité de l'éthanoate d'argent. Donnée : pk a (CH 3 COOH/CH 3 CO 2 - ) = 4,75. XIII. Influence du ph sur la solubilité 1. Tracer la courbe représentant la solubilité du carbonate de baryum en fonction du ph (en supposant que le gaz CO 2 n'a pas de limite de solubilité). 2. Sous une pression p(co 2 ) = 1013 hpa, la solubilité du gaz CO 2 dans l'eau vaut 3, mol.l -1 (à 25 C). Tracer la courbe représentant la solubilité du carbonate de baryum en fonction du ph dans une solution saturée en CO 2 sous une pression p(co 2 ) = 1013 hpa. Données : pk s (BaCO 3 ) = 8,3 ; pk a (CO 2 /HCO 3 - ) = 6,4 ; pk a (HCO 3 - /CO 3 2- ) = 10,3 ; pk s (Ba(OH) 2 ) = 2,3 ; pk d ({BaOH} + /Ba 2+ ) = 0,7 ; on suppose que HCO 3 - ne joue aucun rôle de ligand.

4 4 B. EXERCICES D APPROFONDISSEMENT XIV. Précipitation préférentielle et influence du ph 1. Sous une pression p(co 2 ) = 1013 hpa, la solubilité du gaz CO 2 dans l'eau vaut 3, mol.l -1 (à 25 C). On considère une solution saturée en CO 2 dans ces conditions, et contenant 10-4 mol.l -1 d'ions Ag + et 10-4 mol.l -1 d'ions Sr 2+. Dans quel domaine de ph doit-on opérer pour que 99 % de l'un des cations soit sous forme de précipité du carbonate sans que l'autre cation ne précipite? 2. Reprendre la même question pour 10-4 mol.l -1 d'ions Ag + et 10-4 mol.l -1 d'ions Ba 2+. Données : pk s (BaCO 3 ) = 8,3 ; pk s (SrCO 3 ) = 10,0 ; pk s (Ag 2 CO 3 ) = 11,0 ; pk a (CO 2 /HCO 3 - ) = 6,4 ; pk a (HCO 3 - /CO 3 2- ) = 10,3 ; on néglige les complexes et précipités avec OH - ; on suppose que HCO 3 - ne joue aucun rôle de ligand. XV. Influence du ph sur la solubilité Tracer la courbe représentant la solubilité conditionnelle de Zn(II) en fonction du ph, en considérant pour cela les équilibres suivants : {ZnOH} + Zn 2+ + OH - pk 1 = 4,15 ; {Zn(OH) 2 } {ZnOH} + + OH - pk 2 = 6,0 ; {Zn(OH) 3 } - {Zn(OH) 2 } + OH - pk 3 = 4,1 ; {Zn(OH) 4 } 2- {Zn(OH) 3 } - + OH - pk 4 = 1,25 ; Zn(OH) 2 Zn OH - pk s = 17,0. XVI. Influence du pl sur la solubilité Tracer la courbe représentant la solubilité du chlorure d'argent en fonction du pnh 3 (en supposant que NH 3 n'a pas de limite de solubilité). Données : pk s (AgCl) = 9,75 ; pk d ({AgCl}/Ag + ) = 2,85 ; pk d ({AgCl 2 } - /{AgCl}) = 1,87 ; pk d ({AgNH 3 } + /Ag + ) = 3,3 ; pk d ({Ag(NH 3 ) 2 } + /{AgNH 3 } + ) = 3,9 ; XVII. Influence du pl sur la solubilité Représenter la solubilité de l'iodure mercurique en fonction du pi. Données : pk s (HgI 2 ) = 27,8 ; pk d ({HgI} + /Hg 2+ ) = 12,87 ; pk d ({HgI 2 }/{HgI} + ) = 10,95 ; pk d ({HgI 3 } - /{HgI 2 }) = 3,73 ; pk d ({HgI 4 } 2- /{HgI 3 } - ) = 2,23 ;

5 XVIII. Influence du pl sur la solubilité Représenter la solubilité de AgSCN en fonction du pscn. Données : pk s (AgSCN) = 12,0 ; on néglige la formation de HSCN ; 5 pk d ({AgSCN}/Ag + ) = 4,7 ; pk d ({Ag(SCN) 2 } - /{AgSCN}) = 3,5 ; pk d ({Ag(SCN) 3 } 2- /{Ag(SCN) 2 } - ) = 1,2 ; pk d ({Ag(SCN) 4 } 3- /{Ag(SCN) 3 } 2- ) = 0,2 ;