hapitre II: AIDES - BASES Leçon I. Définition et mesure du ph Ex. ompléter le tableau suivant à 25 [H 3 O + ] (mol.l - ) [HO - ] (mol.l - ) 4,5. -2 2,6 ph 9,4 Nature de la solution 6,2. -9,8. -5 8,6. -6 neutre 7,6 On utilise les relations suivantes : ph = - log [H 3 O + ] ; [H 3 O + ] = -ph ; [H 3 O + ] [HO - ] = -4 [H 3 O + ] (mol.l - ) [HO - ] (mol.l - ) ph Nature de la solution 4,. - 2,5. -5 9,4 basique 2,2. -3 4,5. -2 2,7 basique 2,5. -3 4,. -2 2,6 acide 6,2. -9,6. -6 6,2 basique 5,6. -,8. -5 9,3 basique 2,5. -8 4,. -7 7,6 basique 8,6. -6,2. -9 5, acide,. -7,. -7 7 neutre 6
Ex 2. Préparation de solution à un ph donné: Une solution S o d acide chlorhydrique a été obtenue par mise en solution de L de chlorure d hydrogène gazeux de manière à obtenir L de solution aqueuse. ) Sachant que le volume molaire, dans les conditions de l expérience était de 25 L.mol -, déterminer la concentration de la solution S o. 2) Déterminer le ph de la solution S o ; 3) Indiquer la verrerie à utiliser et comment opérer pour préparer L de solution S de ph=2,7 à partir de la solution S o ) oncentration de la solution S o : n = n, est le nombre de mol de Hl dissous, S le volume de la solution. S mais S n = M Hl M, Hl est le volume de Hl dissous, M le volume molaire des gaz Hl = avec Hl = L S = L M = 25 L.mol -. on a = 25x = 4,. -2 mol.l - 2) La dissolution de Hl dans l eau s accompagne d une ionisation totale (Hl est un acide fort) Hl + H 2 O H 3 O + + l - D où [H 3 O + ] = ph = - log ph de la solution S o ph = - log (4,. -2 ) ph =,4 3) La concentration de la solution S est : c = -ph c = -2,7 c = 2,. -3 mol.l - 3 Préparation de la solution S c = 2,. mol.l = L A partir de la solution S o = c 4,. mol.l? c On écrit la conservation du nombre de moles : c = c d où =. c 3 2. =. = 5. -2 L = 5 ml 4. Méthode : prélever le volume de la solution S avec une pipette jaugée. Le placer dans une fiole jaugée à L et compléter jusqu au trait de jauge avec de l eau distillée 7
Ex3. Solution commerciale d acide chlorhydrique: On dispose d une solution d acide chlorhydrique commercial à 3% en masse (ce qui correspond à 3g de chlorure d hydrogène pour g de solution). Sa densité est de,5. ) Déterminer la concentration molaire de cette solution commerciale ; 2) On veut préparer L d une solution d acide chlorhydrique de concentration, mol.l -. Quel volume de solution commerciale doit-on utiliser? On donne M (Hl) = 36,5 g.mol -. ) masse volumique de la solution : µ = µ.d µ :masse volumique de l eau, µ = g.l - d : densité Masse m d acide chlorhydrique dans L de solution: m =,3.µ Nombre de moles dans L de solution : M m est aussi la concentration molaire de la m,3µ d solution : = = M M,3xx,5 Numériquement : = = 9,45 mol.l - ; 36,5 Soit en gardant 2 chiffres significatifs ~ 9,45 mol.l - = 2) Solution commerciale S : Solution à préparer S =, mol.l = L 9,45 mol.l? Au volume de solution S, on n ajoute que de l eau, pour obtenir le volume de solution S. Il y a donc conservation du nombre de moles dans les deux solutions,. =. D où =., Numériquement : =. = 5,8 ml ; avec 3 chiffres significatifs ~6 ml 9,45 Pour prépare L de solution chlorhydrique à mol.l -, il faut prélever 6 ml de solution commerciale. 8
Ex 4. Solution commerciale d hydroxyde de sodium: Une solution commerciale d hydroxyde de sodium a une densité de,38 et titre 35% d hydroxyde de sodium en masse. ) Quelle est la concentration molaire de cette solution commerciale? 2) Quel volume de cette solution doit-on diluer avec de l eau pure pour obtenir un litre de solution de ph=2,5? 3) On verse 5 ml de la solution commerciale dans de l eau pour obtenir L de solution. Quel est le ph de la solution obtenue? Donnée : log -,5 = 3,6. -2 ) Masse volumique de la solution : µ = µ.d µ :masse volumique de l eau, µ = g.l - d : densité Masse m d hydroxyde de sodium dans = L de solution: m =,35.µ Nombre de moles dans = L de solution : n = M m. oncentration molaire de la solution : = n Numériquement : m,35µ d =. = M M.,35xx,38 = ; = 2, mol.l - ; 4 2) La solution à préparer S, a un ph = 2,5 donc [H 3 O + ] = -2,5 et d après la valeur du 4 produit ionique de l eau [ OH ] = [OH - ] = -,5 [OH - ] = 3,6. -2 mol.l -. La, 5 soude est une base forte. Sa réaction de dissociation avec l eau NaOH H 2 O Na + + OH - est totale. Elle montre qu une mole d hydroxyde de sodium solide donne par dissolution dans l eau, une mole d ion OH -. On en déduit que la concentration molaire de la soude est égale à la concentration molaire de OH -. = 3,2. -2 mol.l -. = Solution commerciale S : 2,mol.L? Solution à préparer S = 3,2. mol.l = L Au volume de solution S, on n ajoute que de l eau, pour obtenir le volume de solution S. Il y a donc conservation du nombre de moles dans les deux solutions,. =. D où =. 3,2. Numériquement : =. = 2,6 ml 2, 9
3) - Nombre de moles d hydroxyde de sodium introduit : n =.v où v est le volume prélevé dans la solution commerciale ; v = 5 ml = 5. -3 L n - concentration de la solution obtenue '= où S est son volume. S = L '= v S 3 5. ' = 2,x = 6,. -2 mol.l - or = [OH - ] donc [OH - ] = 6,. -2 mol.l - D après le produit ionique de l eau [H 3 O + ].[OH - ] = -4 à 25 [H 3 O + 4 ].= [H 3 O + ].=,6. -3 mol.l - ph = 2,8 6,. S 2
Ex 5. Préparation de solutions d hydroxyde de sodium On dispose de ml d une solution S de soude de concentration =,. -2 mol.l - obtenue par dissolution de NaOH solide. Décrire les différentes étapes de la préparation. 2. Quel volume d eau faut-il ajouter à 5, ml de S pour obtenir une solution S de ph égal à,7? 3. Quelle masse d hydroxyde de sodium solide aurait-il fallu dissoudre pour préparer directement le même volume de S? onclure. Donnée : masses molaires en g.mol - : M(Na) = 23 ; M(O) = 6 ; M(H) = -3,3 = 5,. -4 La masse molaire de la soude NaOH est M = 23 + 6 + = 4 g.mol -. Pour obtenir L de S il faut peser n = -2 mol soit une masse m =,4 g avec une balance au dg près. On place cette masse m dans une fiole jaugée de ml et on ajoute de l eau, on agite pour dissoudre la soude et on ajoute de l eau jusqu au trait de jauge. 2 Pour une base forte la concenration molaire est égale à la concentration en ions HO - Pour S ph =,7, [H 3 O + ] = -,7 [H 3 O + ].[HO - ] = -4.[HO - ] = -4+,7 = [HO - ] = -3,3 = 5,. -4 mol.l - Dans une dilution, le nombre de moles se conserve : = = ( +v) v,volume qu il faut ajouter à = 5 ml v = ( ) v = ( ) 5 v = 95 ml 4 5. 3 Quantité de soude dans = ml =:L : n = dont la masse est m = M m = 4 x 5,. -4 x m =,2 g ela nécessite une balance de grande précision. 2
Ex 6. Hydroxyde de calcium L hydroxyde de calcium a(oh) 2 se dissocie totalement dans l eau, tant que la solution n est pas saturée. A 25, sa solubilité est de,33 g.l - ) Rappeler la définition de la solubilité. Qu est ce qu une solution saturée? 2) Ecrire l équation de dissolution de l hydroxyde de calcium dans l eau. En déduire les concentrations des ions calcium et des ions hydroxyde dans la solution saturée. 3) Déterminer alors la valeur maximale du ph d une solution d hydroxyde de calcium à 25. ) - Solubilité : c est la masse maximale de soluté qui peut se dissoudre pour un litre de solution. - Solution saturée : solution qui contient la masse maximale de soluté qu elle peut dissoudre. H2 2+ + 2HO - 2) a(oh) 2 O a concentration de la solution saturée en a(oh) 2 : = s : solubilité de a(oh) 2 s =,33 g.l - M : masse molaire de a(oh) 2 ; M = 4 +(7x2) = 74 g.mol -,33 = =,8. -2 mol.l - 74 D après l équation on voit que : n + = n [a 2+ ] = [a 2+ ] =,8. -2 mol.l - - 2 a(oh) 2 a - n = 2n [HO - ] = 2 [HO - ] = 3,6. -2 mol.l - - OH a(oh) 2 3) Pour cette solution saturée, on calcule [H 3 O + 4 ] = 3,9. d où l on tire le ph maximum :ph max = 2,6 s M = 2,6. -3 mol.l - 22