Réaction de neutralisation : acidesbases

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1 Collège Voltaire, chimie 3ème, EXERCICES Réaction de neutralisation : acidesbases et ph Table des matières Série 5 Chimie / 3e / ph / septembre Déterminer le ph et la concentration de H3O+ d'une solution acide...2 Comprendre la différence entre un acide fort et un acide faible...2 Déterminer la constante de dissociation acide Ka et le pourcentage de ionisation de l'acide...2 Faire les liens entre la force de l'acide, Ka et pka...2 Série 6 Chimie / 3e / ph / octobre Déterminer le ph et la concentration de H3O+ d'une solution acide ou basique lors de dilution et de neutralisation simple (acide fort et base forte)...7 Comprendre le montage pour les titrations acides-bases...7 Série 7 Chimie / 3e / ph / octobre Déterminer le ph et la concentration de H3O+ lors de neutralisation simple (acide fort et base forte) Série 8 Chimie / 3e / ph / novembre Déterminer lorsqu'une substance est un acide faible, un acide fort, une base faible ou/et une base forte...12 Résoudre des problèmes (calcul de ph, de concentration, etc.) dans le cas d'acide/base faible ou fort...12 Série 9 Chimie / 3e / ph / novembre D...15 R eleve/ volt1234

2 Série 5 Chimie / 3 e / ph / septembre 2015 Objectifs Déterminer le ph et la concentration de H 3 O + d'une solution acide Comprendre la différence entre un acide fort et un acide faible Déterminer la constante de dissociation acide K a et le pourcentage de ionisation de l'acide Faire les liens entre la force de l'acide, K a et pk a Ex.1. Acide chlorhydrique fumant L'acide chlorhydrique est produit en solution jusqu'à des concentrations de 38 % massique de HCl. Des concentrations plus élevées sont possibles d'un point de vue chimique, mais la formation de vapeur est alors importante et tant le stockage que la manipulation demandent des précautions supplémentaires, telles des températures basses ou de la pression Source: a) Pourquoi HCl est-il un acide? b) Calculez le ph de cette solution de HCl. Indication : la masse volumique de la solution est de kg/l et ph=- log [H 3 O + ] (définition) c) Pourquoi cette solution est appelée acide chlorhydrique fumant? Remarque : l'échelle de ph n'est pas invariablement limitée par les nombres 0 et 14. En effet, des solutions très concentrées d'acide chlorhydrique (HCl) et d'hydroxyde de sodium (NaOH) possèdent respectivement des ph négatifs et supérieurs à 14! Ex.2. a) Calculez le ph, lorsque la concentration est de : [H 3 O + ]= 10-1 M, [H 3 O + ]= M et [H 3 O + ]= M b) Pour obtenir un ph neutre (ph = 7), quelle sera la concentration de H 3 O +? c) Calculez la concentration de H 3 O +, lorsque le ph est de : ph=3, ph=5 et ph= Quel calcul faites-vous? Déduisez la formule permettant de trouver la concentration de H 3 O + en fonction du ph.

3 Ex.3. Acide faible et acide fort a) Calculez le ph d'une solution de HCl 0.1 M b) Calculez le ph attendu d'une solution de CH 3 COOH 0.1 M. L acide acétique CH 3 COOH peut libérer un ion H + pour former l acétate CH 3 COO - dans l eau. Mesurez le ph. Expliquez la différence. Acide faible (réaction réversible) c) Nous avons 0.1 mole d acide acétique pur CH 3 COOH, connu sous le nom d'acide acétique glacial. Nous ajoutons de l eau à l acide et obtenons 1L de solution de ph Esquissez l évolution des courbes de concentration de CH 3 COOH,CH 3 COO - et H 3 O + en fonction du temps. Acide fort (réaction irréversible) d) Lorsqu on dissout 0.1 mole de HCl gazeux dans l eau pour obtenir 1L de solution. Que se passera-t-il? Esquissez l évolution des courbes de concentration de HCl, Cl - et H 3 O + en fonction du temps. e) Expérience Observez et expliquez les différences d éclairage de l ampoule selon que le courant passe dans une solution 1 M de HCl ou de CH 3 COOH. Expliquez.

4 Ex.4. La constante d équilibre a) Comment pourrait-on indiquer la force d un acide (plus ou moins grande dissociation de l acide) et ainsi classer les acides selon leurs forces respectives? La classification s est faite de la manière suivante,on a défini une constante d équilibre K. Cette constante ne varie qu avec la température et elle se calcule facilement à partir des concentrations en molaire M (mol/l) à l équilibre. Pour l exemple de l acide acétique : CH 3 COOH + H 2 O CH 3 COO - + H 3 O + b) Exprimez K (ou K c dans la tables CRM) pour la réaction ci-dessus. c) La concentration de l eau peut être considérée comme constante pour tout milieu acide ou basique dilué (concentration inférieure à 1M des acides ou bases) et une constante d'acidité K a (ou constante de dissociation acide) [ est définie : CH 3 COO ]. [ H 3 O + ] K a = [CH 3 COOH ] [ ].[ Généralisation : K a = A H 3 O + ] [HA ] Cette constante K a est déterminée expérimentalement pour chaque acide ou base. Pourquoi la concentration de l eau peut être considérée comme constante? voit tables CRM d) La concentration de l eau est de 55.5 mol/l. Pourquoi?

5 Ex.5. Soit une solution d acide acétique 0.1 M (ph = 2.85) a) Calculez la constante de dissociation acide K a. b) Un acide plus fort que l acide acétique aura-t-il une constante K a supérieure ou inférieure que celle de l acide acétique? Justifiez. c) Pour simplifier les calculs et le classement (le but est d éviter les puissances de 10), proposez une autre manière d écrire cette constante K a. Indication : par analogie au ph, on la notera pk a. d) Calculez le pk a de l acide acétique. e) Un acide plus fort que l acide acétique aura-t-il un pk a supérieur ou inférieur que celui de l acide acétique? Justifiez. f) Quel acide est le plus fort entre l acide cyanhydrique et l acide formique? Indication : voir la liste des pk a. g) Que pouvez- vous observer avec les acides pouvant libérer plusieurs H +? Justifiez avec un exemple. Indication : voir la liste des pk a. h) Quel devrait être le pk a des acides forts?

6 Ex.6. Le pourcentage d'ionisation de l'acide formique 1 M est de 1,3% à 25 C. Calculez son pk a. Ex.7. Soit deux acides faibles : H 2 C 2 O 4 + H 2 O HC 2 O 4 + H 3 O + K a =10 1,2 22 % de l'acide (1 M) est dissocié. HCN + H 2 O CN + H 3 O + K a = 10 9,2 0,0022 % de l'acide (1 M) est dissocié. a) Pourquoi appelle-t-on ces réactions des protolyses? b) Quel acide est le plus faible? c) Comment évolue le K a et le pk a avec la force de l acide? d) Avec une augmentation de la force d un acide, l'équilibre est-il plutôt déplacé à droite ou à gauche? Ex.8. Supposons que 50% de l acide (1M) est dissocié : a) Calculez le K a et le pk a. b) Les acides faibles de la liste des pk a sont-ils majoritairement sous formes dissociés ou non dissociés?

7 Série 6 Chimie / 3 e / ph / octobre 2015 Objectifs Déterminer le ph et la concentration de H 3 O + d'une solution acide ou basique lors de dilution et de neutralisation simple (acide fort et base forte) Comprendre le montage pour les titrations acides-bases Ex.1. Eau pure Soit 2 molécules sur 555 millions de molécules d eau réagissent selon : H 2 O + H 2 O H 3 O + + OH a) L eau a des propriétés acides et basiques, et elle est appelée amphotère (se comportant soit comme un acide, soit comme une base), pourquoi? b) L eau étant très peu dissociée, sa concentration est considérée comme constante, elle est de 55.5 mol/l. Calculez la constante d équilibre K = [OH ].[ H 3 O + ] [ H 2 O ]. [ H 2 O ] c) Pour simplifier, calculez une nouvelle constante K e =[OH ].[ H 3 O + ],car la concentration de l eau est constante dans les solutions dilués d acide et de base (ph compris entre 0et 14). d) Complétez le tableau: ph [H 3 O + ] en M [OH - ] en M

8 Ex.2. Quel est le ph d'une solution contenant 0,26 g de KOH dans 150 ml. de solution? Ex.3. Dilution a) On ajoute 90 ml d'eau à 10mL d'une solution de HCl de ph 2. Que devient le ph? b) On ajoute 200 ml d'eau à 200 ml d'une solution de NaOH de ph 11. Que devient le ph?

9 Ex.4. Neutralisation a) Que se passe-il si l'on ajoute de l'acide chlorhydrique à une solution d hydroxyde de sodium? b) On mélange 600 ml de HCl 0,1 M avec 700 ml de NaOH 0,2 M. Quel est le ph de chacune des solutions avant le mélange. Quel est le ph de la solution après le mélange? c) On mélange 1mL de HCl 0,2M avec 1mL de NaOH 0,2M. Quelle est la concentration des ions H + et OH -?

10 Ex.5. On effectue la titration de l'hydroxyde de sodium par l'acide chlorhydrique. On met 15 ml de NaOH 0.2 M dans un Erlenmeyer et on ajoute du HCl 0.2M. A) Le ph est-il supérieur, inférieur ou égal à 7 pour les ajouts ci-dessous? Expliquez. a) 0 ml b) 14 ml c) 15 ml d) 16mL e) 20 ml B) Faites un croquis du montage de l'expérience. Indication : -le matériel à disposition ( Bécher, Erlenmeyer,papier filtre, cylindre graduée, pipette jaugée, burette, agitateur magnétique, plaque chauffante, entonnoir, baguette en verre, spatule) - il n'est pas nécessaire d'utiliser tout le matériel. - les produits à disposition ( eau, NaOH 0.2M et HCl 0.2M)

11 Série 7 Chimie / 3 e / ph / octobre 2015 Objectifs (Travail de groupe) Déterminer le ph et la concentration de H 3 O + lors de neutralisation simple (acide fort et base forte) CONSIGNES - Le travail se fait par groupe de 2 personnes (pas de collaboration entre les groupes) - Répondez sur l'énoncé ( à rendre à la fin de l'exercice) - Le rapport doit contenir : a) vos démarches pour tracer les courbes (calculs,etc.) b) les graphiques NOM :..PRÉNOM :.. NOM :..PRÉNOM :.. QUESTIONS On effectue la titration de l'hydroxyde de sodium par l'acide chlorhydrique. On met 15 ml de NaOH 0.2 M dans un Erlenmeyer et on ajoute du HCl 0.2M. 1) Calculez le ph pour les ajouts de NaOH ci-dessous? Expliquez. a) 0 ml b) 13 ml c) 14 ml d) 15mL e) 16 ml f) 17 ml g) 20 ml 2) Tracez la courbe de neutralisation (ph en fonction du volume ajouté de HCl)

12 Série 8 Chimie / 3 e / ph / novembre 2015 Objectifs Déterminer lorsqu'une substance est un acide faible/fort ou une base faible/forte Calculer le ph, la concentration, etc. dans le cas d'acide faible/fort ou/et une base faible/forte Ex.1. Quelles substances ci-dessous sont acides ou/et basiques? Justifiez. - HCO 3 HCl Cl - CH 3 COO - Ex.2. On presse un citron pesant 130g et on retire 50mL de jus de citron. Le jus de citron a un ph de 2.5. Calculez la masse d'acide citrique (formule brute : C 6 H 8 O 7 et pk a =3.1 ) contenu dans le citron. Ex.3. Quel est le ph d'une solution de NaCN à 0.1 M? Ex.4. Quel est le ph d'une solution d'acide nitreux dont le titre est de 2.35 g/l?

13 Ex.5. Sachant que le piment rouge contient 0.05 % de vitamine C (acide ascorbique), calculez le ph d'une solution de 2 litres qui aurait extrait toute la vitamine C de 1.5 kg de piment rouge. La vitamine C a un pk a de 4.17 et une masse molaire de 176 g/mol. Ex.6. Quel est le titre d'une solution d'hypochlorite de sodium de ph 9.2? Ex.7. Quel est le ph d'une solution contenant 0.01 mol/l de fluorure de sodium et 0.02 mol/l. d'acide fluorhydrique? Ex.8. Une solution de 500 ml. Contient 1.05 g de HClO. Quel en est le ph? Quelle masse de NaClO faut-il y ajouter pour obtenir un mélange tampon de ph 7? Ex.9. On ajoute 50 ml de benzoate de sodium C 6 H 5 COONa 0,01 M à 25 ml d'acide benzoïque 0.02 M. Le ph du mélange est de 4.2. Calculez le pk a. Ex.10. On mélange 100 ml d'une solution de NaOH 0.04 M à 100 ml d'une solution de CH 3 COOH 0.05 M. Calculez le ph du mélange. Indication : Ce problème comporte une subtilité : le sel obtenu n'est pas neutre (cf. laboratoire)

14 Série 9 Chimie / 3 e / ph / novembre 2015 Objectifs Déterminer la concentration et le nom de l'acide ou de la base à partir des courbes de neutralisation Calculer le ph lors d'une neutralisation et faire le lien avec une courbe de neutralisation Ex.1. Déterminez la concentration de l acide acétique. Neutralisation de 10 ml d acide acétique (??? M) par NaOH (0.1M) Dérivée de la courbe Ex.2. Déterminez l acide. Neutralisation de 10 ml d acide?????? (??? M) par NaOH (0.1M) Dérivée de la courbe

15 Ex.3. Déterminez la concentration de la base. Neutralisation de 10 ml de NaOH (? M) par HCl (0.1M) Ex.4. Déterminez la concentration de la base et le nom de la base. Neutralisation de 10 ml de? (? M) par HCl (0.2M)

16 Ex.5. Déterminez la concentration de l acide et le nom de l acide. Neutralisation de 25 ml d acide?????? (??? M) par NaOH (0.1M) Dérivée de la courbe Ex.6. Déterminez la concentration de l acide et le nom de l acide. Neutralisation de 10 ml d acide?????? (??? M) par NaOH (0.1M) Dérivée de la courbe

17 Ex.7. On titre 20 ml de HCOOH à M par NaOH à 0.02M a) Calculez le ph de départ (sans ajout de NaOH). b) Calculez le ph après l'ajout de 7.5 ml de NaOH. c) Calculez le ph après l'ajout de 15 ml de NaOH. d) Calculez le ph après l'ajout de 22 ml de NaOH. e) Comparez vos résultats avec la courbe de neutralisation ci-dessous. Courbe de neutralisation de HCOOH (20 ml ; M) par NaOH (0.02M)

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