ph - Eercices 1. A 25 C, les concentrations [H 3 O + ] et [OH - ] d'une solution aqueuse satisfont à l'égalité: [H 3 O + ] = 8. 10-3. [OH - ]. Calculer les concentrations et le ph de la solution. 2. Le produit ionique de l'eau à 60 C est égal à 9,6. 10-14. A cette température, une solution aqueuse de ph = 6,8 est-elle acide ou basique? 3. Compléter le tableau en mettant une croi dans la ou les bonnes cases. Pour les lignes contenant déjà une croi, proposer la formule brute d un composé qui ne se trouve pas dans le tableau ci-dessous. FB Acide fort Acide faible Base forte Base faible ampholyte HClO 4 NH 4 + HNO 3 CN - OH - HS - HCOO - HNO 2 NH 2 - HPO 4 2- Donnée: pka (NH 3 /NH 2 - ) 35 4. a) Choisir dans le tableau ci-dessus, 2 acides forts, 1 base forte, 2 acides faibles, 2 bases faibles et 2 ampholytes. b) Pour chacun des composés du point a), écrire la/les réactions du composé lorsqu il est mélangé à l eau. c) S il y a lieu, indiquer le couple acide/base du soluté, mis en jeu. Le ph - eercices 1
d) S il y a lieu, écrire l epression de la constante d acidité et indiquez le valeur du pka. e) S il y a lieu, écrire l epression de la constante de basicité (Kb) et calculez le pkb. 5. Voilà un polyacide : H 2 SO 3 et une polybase : S 2-. a) Pour chacun d entre eu, écrire toutes les réactions de protonation ou de dissociation qui ont lieu en présence d eau. b) Pour chaque équilibre, indiquer si la constante d équilibre est un Ka ou un Kb. c) Pour chaque équilibre, identifier le couple acide/base du soluté. d) Pour chaque équilibre, indiquer la valeur du pka correspondant. 6. Compléter le tableau ci-dessous : soluté CA ou CB (M) ph [H 3 O + ] (M) [OH - ] (M) Titre HCl 10-2 M NaOH 0.1 M KOH 8,5 HCl 5,3 KOH HCl HNO 3 2,5 LiOH 11,4 Ca(OH) 2 10-5 M H 2 SO 4 0.015 M 0,56 g/l 4. 10-4 g/ml 7. Calculer le ph d'une solution qui contient 6,3 mg d'acide nitrique dans 100 ml d'eau. 8. On ajoute 500 ml d eau distillée à 1,5 L d une solution d acide chlorhydrique de ph = 1,3. Quelle est la valeur du ph de la solution ainsi préparée? 9. Calculer le ph d'une solution qui contient 28 mg d'hydroyde de potassium dans 50 ml d'eau. 10. Dans quel volume d'eau doit-on dissoudre 1 g de NaOH pour obtenir un ph de 10? 11. Quel volume d'eau faut-il ajouter à 450 ml de NaOH à ph = 12,7 pour obtenir une solution de ph = 11,5? 12. On ajoute 45 ml d'eau à 15 ml d'une solution de LiOH à 1 g/l. Quel est le ph obtenu? 13. On ajoute, à 45 ml d'une solution de ph = 3, 10 ml d'une solution de ph = 4 et 100 ml d'eau. Calculer le ph du mélange. Le ph - eercices 2
14. Par dilution, le ph de 250 ml d'une solution basique passe de 9,0 à 8,8. Quel est le volume d'eau ajouté? 15. On verse 200 ml d'une solution d acide chlorhydrique de ph = 3 dans 400 ml de solution d acide chlorhydrique de ph = 4. a) Calculer les concentrations [H 3 O + ] et [Cl - ] dans la solution obtenue. b) Quel est le ph du mélange? 16. On verse 250 ml de solution aqueuse de chlorure de sodium à 0,4 mol/l dans 750 ml de solution aqueuse d'hydroyde de sodium. Le ph du mélange est égal à 11,5. En déduire la concentration eacte des ions H 3 O +, Na +, OH -, Cl - dans le mélange, ainsi que celle de la solution initiale de NaOH. 17. Complétez le tableau en indiquant, à chaque fois la formule utilisée et le calcul effectué FB HCN A,a, B,b* Concentration ph [H 3 O + ] [OH - ] 10-3 M NaCN 10-3 M HNO 3 10-11 M HNO 2 2.67 KF 8.085 CsOH 3.5. 10-10 M NH 3 4.07. 10-4 M NH 4 Cl 3.16. 10-6 M Na 2 S 0,1 M *A = acide fort ; a = acide faible ; B = base forte ; b = base faible 18. Une solution 10-2 M d'acide formique (HCO 2 H) a un ph = 2,9. a) Ecrire toutes les réactions qui ont lieu dans la solution d acide formique. b) Calculer les concentrations de toutes les espèces en solution. Le ph - eercices 3
c) Calculer les valeurs de la constante Ka et du coefficient de dissociation de l'acide. 19. On dissout 50 g de carbonate de sodium dans 350 ml d'eau. a) Ecrire toutes les réactions qui ont lieu dans la solution de carbonate de sodium. b) Quel est le ph de la solution? c) Calculer les concentrations des différentes espèces présentes. 20. Le ph d'une solution de méthanoate de potassium à 0,2 mol/l est égal à 8,6. a) Ecrire toutes les réactions qui ont lieu dans la solution de méthanoate de sodium. b) Calculer le pka du couple HCOOH/HCOO -. 21. Calculer le ph des solutions suivantes: a) On mélange de l hydroyde d'ammonium (NH 3 hydraté) 0,1 M avec du chlorure d'ammonium 10-2 mol/l. b) On mélange de l acide éthanoïque à 0,6 g/l avec de l éthanoate de sodium à 8,2 g/l. 22. On prépare une solution tampon en mélangeant 2 composés inconnus. Le pka du couple acide/base vaut 3.34 et la concentration de la solution de l acide conjugué vaut 3. 10-2 M. a) Quels sont les composés utilisés? b) Quelle doit être la concentration de la solution de base conjuguée pour que le ph de la solution tampon soit de 2.74? 23. Quelle masse d acide fluorhydrique doit-on mélanger à 1.5 g de fluorure de sodium contenu dans 7.5 L pour avoir un ph de 4 après mélange? 24. On dose 50 ml d une solution de HNO 3 de concentration inconnue avec du LiOH 2. 10-3 M. L équivalence est atteinte après ajout de 250 ml de base. Quel est le titre de la solution d acide? 25. La courbe ci-dessous montre l évolution du ph lors d un dosage. Le volume de la solution dosée est de 100 ml et la concentration de l espèce ajoutée vaut 0.01 M. a) L espèce dosée est-elle un monoacide ou une monobase? Justifiez votre réponse. b) L espèce ajoutée est-elle un monoacide ou une monobase? c) Les deu espèces mis en en jeu sont-elles fortes ou faibles? Justifiez votre réponse. d) Choisissez deu composés compatibles avec vos réponses au questions a) à c), puis écrivez l équation du dosage correspondant. e) Quelles sont les coordonnées du point équivalent? Le ph - eercices 4
f) Calculez la concentration de l espèce dosée. g) Que vaut le ph epérimental et le ph théorique lorsqu on a ajouté 5 ml de monobase ou de monoacide à notre solution à doser. h) Que vaut le ph epérimental et le ph théorique lorsqu on a ajouté 15 ml de monobase ou de monoacide à notre solution à doser. i) Un distrait a fait le même dosage que celui présenté ci-dessous, mais a inversé l espèce dosée et l espèce ajoutée. Dessinez sur le graphique ci-dessous, la courbe de dosage correspondante avec autant de précision de possible. Toutes les réactions de dosage acide/base sont faites soit par l ajout d une base à un acide, soit le contraire. Ainsi le résultat obtenu lors du mélange d une solution de base, de volume et de concentration donnée, avec une solution d acide, de volume et de concentration donnée correspond forcément à un des points de la courbe de dosage qui serait obtenue si on dosait l acide correspondant avec la base correspondante. Ceci est aussi vrai si on inverse les rôles de la base et de l acide. Tous les eercices qui suivent sont des mélanges de solutions d acide et de base. Pour résoudre ces eercices, il faut donc faire 2 raisonnements préliminaires dans tous les cas. a) Déterminer qui fictivement dose qui : Cette situation est une question de point de vue et est indépendante de l énoncé de l eercice, car l ajout de l acide dans la base donne le même résultat que l ajout de la base dans l acide, du moment que les concentrations et les volumes sont fiés. On peut donc ainsi choisir à sa guise l espèce dosée et l espèce ajoutée de sorte à se faciliter la tâche (voir point b). b) Déterminer en quel point de cette courbe de dosage fictive, nous nous trouvons après avoir mélangé nos 2 espèces. Car lorsque nous savons où nous trouvons sur cette courbe fictive de dosage, nous pouvons déterminer qu elle formule il convient d utiliser pour calculer le ph et/ou la concentration recherchée et ainsi nous pouvons résoudre notre eercice. 26. On mélange une solution d'acide chlorhydrique à 0,18 g/l avec 23 ml d'une solution de NaOH de ph = 12. Le ph - eercices 5
a) Quel volume d acide est-il nécessaire d utiliser pour doser la solution de base? b) Quel sera le ph de la solution finale si on ajoute 35 ml de la solution d acide à la solution de base? 27. On mélange 4 ml d une solution aqueuse d hydroyde de sodium 0.1 M avec une solution d'acide chlorhydrique de ph = 1.5. a) Calculer la concentration des ions H 3 O +, OH -, Cl - et Na + après mélange si le volume de la solution acide est de 12 ml. b) Quel volume de solution acide faut-il ajouter au 12 ml déjà versés sous a) pour doser la solution de base? c) Quel sera le ph du mélange si on ajoute 6 ml de solution acide au 4 ml de solution basique? 28. A 50 ml d'une solution de KOH à 0,28 g/l, on ajoute X ml d'une solution de ph = 1,5. Le ph de la solution ainsi obtenue est de 3,5. Calculer X. 29. La courbe ci-dessous montre l évolution du ph lors d un dosage. Le volume de la solution dosée est de 10 ml et la concentration de l espèce ajoutée vaut 0.01 M. a) L espèce dosée est-elle un monoacide ou une monobase? Fort ou faible? Justifiez vos réponses. b) L espèce ajoutée est-elle un monoacide ou une monobase? Fort ou faible? Justifiez vos réponses. c) Quelle est probablement l espèce dosée? Justifiez votre réponse. d) Proposez une formule brute pour l espèce ajoutée compatible avec votre réponse à la question b), puis écrivez l équation équilibrée de la réaction de dosage. e) Quelles sont les coordonnées du point équivalent? f) Calculez la concentration de votre espèce dosée. Le ph - eercices 6
g) Que vaut le ph epérimental et le ph théorique lorsqu on a ajouté 6 ml de monobase ou de monoacide à notre solution à doser. h) Que vaut le ph epérimental et le ph théorique lorsqu on a ajouté 16 ml de monobase ou de monoacide à notre solution à doser. i) Une personne distraite a fait le même dosage que celui présenté ci-dessus, mais a inversé l espèce dosée et l espèce ajoutée. Dessinez sur le graphique ci-dessus, la courbe de dosage correspondante avec autant de précision de possible. 30. On dose 100 ml d'acide nitreu 0.1 M avec de l hydroyde de sodium 0.2 M. Quel est le ph de la solution dosée, après adjonction de 0 ml, 25 ml, 40 ml, 50 ml et 120 ml de base? 31. A 40 ml de solution aqueuse d'acide benzoïque, C 6 H 5 COOH, on ajoute progressivement une solution de NaOH à 0,1 mol/l et l'on note les observations suivantes: - Pour un volume de solution d hydroyde de sodium versé, v 1 = 8 ml, le ph vaut 4,8. - Pour un volume v 2 = 10 ml, on est à l'équivalence. a) Quelles sont toutes les espèces chimiques présentes dans la solution initiale d'acide benzoïque? Indiquer comment varient leurs quantités (moles) au cours de l'addition de NaOH. b) Déterminer la molarité de la solution initiale d'acide benzoïque. c) Calculer le pka de l'acide benzoïque. 32. La pyridine est une amine de formule C 5 H 5 N; on la désigne par B. Son acide conjugué de formule C 5 H 5 NH + est noté BH +. On effectue le dosage (voir la courbe) de 20 ml d'une solution de pyridine environ 0,1 M par une solution de HCl 0,1 M. a) Ecrire l'équation équilibrée de la réaction chimique du dosage. b) Calculer la concentration initiale de la solution de pyridine. c) Déterminer de deu façons différentes le pka du couple BH + /B. d) Quel est le plus acide des ions NH 4 +, C 5 H 5 NH +? e) Calculer le ph théorique à Ve/4 et Ve+2 ml. Courbe du dosage: Le ph - eercices 7