Réponses : l'eau. Préparation d'un litre de solution 0,1 M - 5,63 ml de la solution du flacon complété avec de l'eau jusqu'à un litre.

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1 Réponses : l'eau Ces réponses ne sont pas des corrigés types : elles sont des indications pour formuler des réponses correctes. Enoncé 1 Vous disposez d'un flacon d'acide sulfurique (HSO 4 ) renseignements suivants : densité : 1,83 kg/litre solution à 95% masse molaire 98 Préparez un litre d'une solution 0,1 M d'acide sulfurique Quelle est la normalité de cette solution Calculez le ph de cette solution. dont l'étiquette contient les Calcul de la molarité de la solution du flacon : 1830 x 0,95 masse d'acide sulfurique dans 1 litre : : molarité 17,74 M 98 Préparation d'un litre de solution 0,1 M 5,63 ml de la solution du flacon complété avec de l'eau jusqu'à un litre. Normalité de la soluion 0,1 M l'acide sulfurique est un acide fort (complètement dissocié), chaque molécule libère ions H : la solution est 0, N ph de la solution 0,1 M acide fort : une molécule libérant ions SO 4, le système d'équations s'écrit : (a) [SO 4 ] = [HSO 4] T (concentration totale de l (b) [OH ] [SO 4 ] = [H ] 14 (c) [OH ] [H ] = d'où [HSO 4] T = [H ], le terme [H ] [H ] [HSO 4] T, d'où : est négligeable devant le terme 1 ph = log = log 5 = 0,699 [HSO 4] Licence STE Biochimie 1 : l'eau réponses 1

2 Enoncé Quel est le ph d'une solution de soude (NaOH) 0,05 M? Solution d'une base forte complètement dissociée, le système d'équations s'écrit : (a) [Na ] = [NaOH] T (concentration totale de la base) (b) [OH ] = [H ] [Na ] 14 (c) [OH ] [H ] = d'où = [H ] [NaOH] T, le terme [H ] [H ] [NaOH] T, d'où : est négligeable devant le terme ph = 14 log[naoh ] T = 14 log(5 10 ) = 14 1,3 = 1,7 Enoncé 3 Tracez la courbe de titrage d'une solution d'acide acétique Calculez le volume d'une solution de soude normale à ajouter à une solution d'acide acétique pour obtenir un ph égal à la valeur du pk 4,75 Précisez votre réponse si la concentration de l'acide acétique est faible devant la valeur de 10 pk ( < 10 5 M). Soit α le degré de dissociation de l'acide: α = [CH3COO ] [CH3COO ] [CH3COOH] 1 α : degré de dissociation 0,5 pk Courbe de titrage de l'acide acétique 0 ph Pour calculer le volume de soude à ajouter, il faut résoudre le système d'équations suivant : Licence STE Biochimie 1 : l'eau réponses

3 [CH COO ] [H ] (a) K = 3 [CH3COOH] (b) [CH3COOH] [CH3COO ] = [C T] (concentration totale de l (c) [OH ] [CH3COO ] = [H ] [Na ] 14 (d) [OH ] [H ] = 10 (e) [H ] = K En combinant les équations (a), (e) et (b) et en remplaçant [CH3COO ] et [OH ] l'équation (c), on obtient : 14 10K [C T ] = K [Na ] avec K = 1, M dans Si [C T ] >> 10 K 14 l'équation se simplifie en : [C T ] = K [Na ], d'où [Na ] = [C T ] K, examinons les différents cas que nous pouvons avoir a) si [C T ] >> K [Na ] = [C T ], il faut ajouter un volume de soude tel que la molarité finale de celleci soit égale à la moitié de la molarité de l'acide acétique b) si [C T ] est de l ordre de K et supérieur à K [Na ] = [C T ] K, il faut ajouter un volume de soude tel que la molarité finale de celleci soit égale à la moitié de la molarité de l'acide acétique, corrigée de la valeur de K c) si [C T ] est inférieur à K Le ph est déjà supérieur à la valeur de pk : il est impossible d'obtenir une solution d'acide acétique telle que son ph soit égal au pk. Licence STE Biochimie 1 : l'eau réponses 3

4 Enoncé 4 Le ph d'une solution d'acide formique (HCOOH) 0,1M est égal à,38 : Calculez la constante acide de dissociation de cet acide faible et le pk correspondant. Le système d'équations s'écrit : [HCOO ] [H ] (a) K = [HCOOH] (b) [HCOOH] [HCOO ] = [C T] (concentration totale de l (c) [OH ] [HCOO ] = [H ] 14 (d) [OH ] [H ] = 10 3 (e) [H ] = 4,16 10 M La valeur de [OH ], calculée à l'aide des équations (d) et (e), permet de dire que dans le membre de gauche de l'équation (c), seul le terme [HCOO ] est significatif : l'équation (c) se simplifie en : [HCOO ] = [H ], en utilisant l'équation (b) pour remplacer [HCOOH] en fonction de [H ] et [C T ] le système se réduit à : 6 [H ] (4,16) 10 K = = 3 [C T] [H ] 0,1 4,16 10 de dissociation de l'acide formique. 6 (4,16) 10 01, 4 = 1,73 10 M, constante acide pk = log 1 K = 3,76 Enoncé 5 Tracez la courbe de titrage dune solution d'acide succinique ( COOHCH CH COOH ). Les pk successifs des deux fonctions acides sont égaux respectivement à 4,1 et 5,63. Indiquez les diffrérentes formes en solution en fonction du ph Calculez le pourcentage des différentes formes à un ph de 4. Licence STE Biochimie 1 : l'eau réponses 4

5 charge totale nette moyenne 1 Courbe de titrage de l'acide succinique ph La courbe de titrage se décomposera approximativement en trois parties principales : jusqu'à ph 4, elle sera supperposable à la courbe de titage d'une seule fonction acide entre ph 4 et ph 5, 5 environ, elle sera la combinaison de deux courbes de titrage d'une fonction acide de deux pk différents et proches (différence inférieure à unités ph) en dessus de ph 5,5, elle sera la courbe de titrage d'une seule fonction acide Les équilibres successifs de dissociation en fonction du ph s'écrivent : pk= 4,1 pk= 5,63 AH AH A En sachant que l'équilibre d'une fonction ionisable se passe dans un intervalle de ph d'une unité autour de la valeur de pk de cette fonction, nous pouvons définir quatre zones de ph : ph < 3, une seule forme non chargée : 3, < ph < 4,6 deux formes : l'une non chargée dont la concentration va décroitre en fonction du ph, l'autre avec une charge nette moyenne négative dont la concentration va augmenter en fonction du ph 3, < ph < 4,6 deux formes : l'une avec une charge négative dont la concentration va décroitre en fonction du ph, l'autre avec deux charges négatives dont la concentration va augmenter en fonction du ph ph > 6,6 une seule forme avec deux charges négatives 3, 4,6 6,6 AH AH A A AH AH Licence STE Biochimie 1 : l'eau réponses 5

6 Remarque : la forme avec une charge négative est soit : l'espèce dont la fonction ionisable de pk 4,1 a libéré son proton, l'autre fonction étant non ionisée l'espèce dont la fonction ionisable de pk 5,63 a libéré son proton, l'autre fonction étant non ionisée A ph 4, seules les formes AH et AH ont une concentration significative, nous avons à résoudre le système approximé d'équations suivant : [AH ] [H ] 5 (a) K 1 = (K 1 = 6,16 10 M) [AH ] (b) [AH ] [AH ] = [A T] (concentration totale de l 4 (c) [H ] = 10 M d'où ( ) [AH ] 1 [H ] = [A T] K1 K [AH ] ( 1 1 ) = [A T] [H ] ou encore AH = 46 % AH = 54 % Enoncé 6 Vous avez à votre disposition deux flacons : l'un contenant du monohydrogénophosphate de sodium hydraté ( Na HPO 4, 1H O) de masse molaire 358,14 l'autre contenant du dihydrogénophosphate de sodium hydraté (NaHPO 4, H O) de masse molaire 137 Préparez une solution d'un litre d'un tampon de ph égal à 7, de concentration totale en phosphate 0,1 M. Préparez une solution d'un litre d'un tampon de ph égal à 8 de concentration totale en phosphate 0,1 M. L'acide phosphorique porte trois fonctions acide dont les valeurs respectives des pk successifs sont : pk 1 =,1 pour le premier équilibre pk = 7, pour le deuxième équilibre pk 3 = 1,3 pour le troisième équilibre Pour des solutions dont le ph est de 7, ou 8, seul le deuxième équilibre sera concerné : Licence STE Biochimie 1 : l'eau réponses 6

7 H 3 PO 4 K 1 K K 3 3 H PO 4 HPO 4 PO 4 Soient [C 1T ] la concentration totale du dihydrogénophosphate de sodium, [C T ] la concentration totale du monohydrogénophosphate de sodium, le système d'équations s'écrit : [HPO ] [H ] (a) K = 4 [HPO 4] (b) [HPO 4 ] [HPO 4] = 0,1 M (concentration finale du phosphate) (c) [OH ] [HPO 4] [HPO 4 ] = [H ] [C 1T] [C T] 14 (d) [OH ] [H ] = 10 Dans le deuxième membre de l'équation (c), [C 1T ] représente la concentration des ions Na provenant du dihydrogénophosphate de sodium et [C T ] représente la concentration des ions Na provenant du monohydrogénophosphate de sodium. Dans l'équation (c), pour le membre de droite le terme [H ] est négligeable devant les deux autres (concentration finale en phosphate 0,1 M), pour le membre de gauche le terme [OH ] est négligeable devant les deux autres. Le système est approximé par : [HPO ] [H ] (a) K = 4 [HPO 4] (b) [HPO 4 ] [HPO 4] = 0,1 M (concentration finale du phosphate) (c) [HPO 4] [HPO 4 ] = [C 1T] [C T] L'équation (c) est vérifiée si nous avons : simplifie en : [HPO 4] = [C 1T] [HPO 4 ] = [C T], le système d'équations se [C ] [H ] (a) K = T 8 = 6,3 10 M [C 1T] (b) [C 1T] [C T] = 0,1 M (concentration finale de l Préparation du tampon phosphate de concentration finale 0,1 M et de ph 7, [C 1T] = [C T] = 0,05 M Licence STE Biochimie 1 : l'eau réponses 7

8 Pour un litre de tampon, on pèsera : 17,9 g de monohydrogénophosphate de sodium hydraté 6,85 de dihydrogénophosphate de sodium hydraté Préparation du tampon phosphate de concentration finale 0,1 M et de ph 8 [C 1T] = 0,0137 M et [C T] = 0,0863 M Pour un litre de tampon, on pèsera : 30,9 g de monohydrogénophosphate de sodium hydraté 1,87 de dihydrogénophosphate de sodium hydraté Enoncé 7 Vous avez à votre disposition un flacon contenant du monohydrogénophosphate de sodium hydraté ( Na HPO 4, 1H O) de masse molaire 358,14, une solution de soude 1N, une solution d'acide chlorhydrique 1N. Préparez une solution d'un litre d'un tampon de ph égal à 7, de concentration totale en phosphate 0,1 M. Quelle sera la différence avec la solution préparée dans la question précédente. Le système d'équations du monohydrogénophosphate de sodium en solution aqueuse s'écrit : [H PO ] [H ] (a1) K = 4 1 [H3PO 4] [HPO ] [H ] (a) K = 4 [HPO 4] (a3) K 3 = 3 [PO 4 ] [H ] [HPO 4 ] (b) [H3PO 4] [HPO 4] [HPO 4 ] [PO 3 4 ] = [C T] = 0,1 M (c) [OH ] [HPO 4] [HPO 4 ] 3[PO 3 4 ] = [H ] [C T] 14 (d) [OH ] [H ] = 10 L'équation (c) ne sera satisfaite que si le ph a une valeur situé entre pk et pk 3. Après simplification du système d'équations (voir Exemple 3 : solution d'un polyacide ou polybase pk pk faible), le calcul aboutit à : ph = 3 7,1 1,3 = = 9,71. K 1 K K 3 H 3 PO 4 H PO 4 HPO 4 PO 4 3 Licence STE Biochimie 1 : l'eau réponses 8

9 Il faudra donc ajouter de l'acide chlohrhydrique pour descendre la valeur du ph de la solution de monohydrogénophosphate de sodium 0,1M (35,8 g/litre) à une valeur de 7,. A cette valeur de ph seul le deuxième équilibre sera concerné et le système d'équations se simplifie en : [HPO ] [H ] (a) K = 4 [HPO 4] (b) [HPO 4 ] [HPO 4] = [C T] = 0,1 M (concentration finale de l (c) [OH ] [HPO 4] [Cl ] [HPO 4 ] = [H ] [C T] 14 (d) [OH ] [H ] = 10 Pour une solution de ph 7,, l'équation (a) nous indique que : [HPO ] = [H PO ] = [C ] 4 4 T, après approximation l'équation (c) devient : [C T] [Cl ] [C T ] = [C T ] d'où [Cl ] = [C T ] Pour un litre de tampon phosphate, il faudra 50 ml d'une solution d'hcl normal pour abaisser le ph d'une solution de monohydrogénophosphate de sodium 0,1M à un ph de 7,. Pour préparer celleci, on pèse 35,81 g de monohydrogénophosphate de sodium, on le dissout dans de l'eau (900 ml par exemple), on ajoute 50 ml d'hcl N et on complète avec de l'eau pour ajuster à un litre. La différence avec le tampon préparé dans la question précédente sera simplement la force ionique : dans le cas précédent : force ionique = 0, contribution des charges positives : [Na ] de ( NaH PO 4, H O ) : 1/ x 0,5 [C T ] (1) [Na ] de ( Na HPO 4, 1H O ) : 1/ x (0,5 [C T ] ) (1) 1/ x 0,5 [C T ] 1/ x (0,5 [C T ]) = 0,75 [C T] contribution des charges négatives : 1/ x 0,5 [C T ] (1) 1/ x 0,5 [C T ] () = 1,5 [C T] [HPO 4] [HPO 4 ] dans ce cas : force ionique = 0,5 contribution des charges positives : 1/ x [C T ] (1) = [C T ] ( Na HPO 4, 1H O) contribution des charges négatives : 1/ x 0,5 [C T ] (1) 1/ x 0,5 [C T ] () 1/ x 0,5 [C T ] (1) = 1,5 [C T ] (dernier terme : ajout de [Cl ] ) Licence STE Biochimie 1 : l'eau réponses 9

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