par TheMoustic » 03 Mars 2012, 20:26
Pas de soucis, je vais même traiter le sujet entier afin d'avoir une correction lisible.
1. Déterminer les concentrations des espèces présente dans le mélange à l'état initial
* Volume total de la solution S1 : V1 + V2 = VS1 = 60 mL
* Détermination des nouvelles concentrations initiales :
[H2A]S1 = [H2A]0 * V1 / VS1 = 10-1 * 40 / 60 = 6,67.10-2 mol/L
[HA-]S1 = [HA-]0 * V2 / VS1 = 5.10-2 * 20 / 60 = 1,67.10-2 mol/L
2.
a) Donner les concentration des espèces en solution d'équilibre. On ne tiendra pas compte des réactions de H2A et de HA- avec l'eau.
Si on néglige la réaction avec l'eau, la seule réaction possible est la suivante : H2A + HA- ⇌ HA- + H2A
Cette réaction consomme 1 mol de HA- pour donner 1 mol de H2A et en même temps consomme 1 mol de H2A pour donner 1 mol de HA-. Le bilan est donc nul, les concentrations à l'équilibre sont donc égales aux concentrations initiales.
b) Déterminer le pH de la solution S1 à l'équilibre, sachant que pKa(H2A/HA-) = 2,0.
On admet que pour une solution d'acide faible en présence de sa base conjuguée en concentration non négligeable :
pH = pKa + log([A-]/[HA])
Soit ici : pH(S1) = 2,0 + log(1,67/6,67) = 1,4
3.
a) Donner les concentration des espèces en solution d'équilibre. On ne tiendra pas compte des réactions de HF et de F- avec l'eau.
Même raisonnement que pour la question 2a. On trouve :
[HF]S2 = 3,3.10-3 mol/L et [F-] = 6,7.10-4 mol/L
b) Déterminer le PH de la solution S2 à l'équilibre. (pKa = 3,2 pour HF/F-)
Même raisonnement que pour la question 2b. On trouve :
pH(S2) = 2,5
4. On verse la solution S1 dans la solution S2. On obtient une solution S3.
a) Faire l'inventaire des espèces présentes dans le mélange à l'état initial et donner leur concentration.
VS3 = VS1 + VS2 = 150 mL
[H2A]0 (S3) = [H2A]S1 * VS1 / VS3 = 2,67.10-2 mol/L
[HA-]0 (S3) = [HA-]S1 * VS1 / VS3 = 6,68.10-3 mol/L
[HF]0 (S3) = [HF]S2 * VS2 / VS3 = 1,98.10-3 mol/L
[F-]0 (S3) = [F-]S2 * VS2 / VS3 = 4,02.10-4 mol/L
b) Écrire l'équation de la réaction susceptible de se produire, en choisissant arbitrairement un sens d'écriture. Donner la constante d'équilibre K associée.
H2A + F- → HA- + HF
K = [HA-] * [HF] / ([H2A] * [F-])
Or :
Ka1 = [HA-] * [H3O+] / [H2A]
Ka2 = [F-] * [H3O+] / [HF]
Donc :
K = Ka1 / Ka2 = 10-pKa1 / 10-pKa2 = 10pKa2 - pKa1 = 103,2 - 2,0 = 1,2 = 15,8
c) Calculer le quotient de réaction à l'état initial Qr,i et en déduire le sens d'évolution spontané du système chimique.
Qr,i = [HA-]0 (S3) * [HF]0 (S3) / ([H2A]0 (S3) * [F-]0 (S3)) = 6,68.10-3 * 1,98.10-3 /(2,67.10-2 * 4,02.10-4) = 1,23
=> K > Qr,i
La réaction évolue donc dans le sens dans lequel elle a été écrite ci-dessus.
La théorie, c'est quand rien ne fonctionne, et que l'on sait pourquoi.
La pratique, c'est quand tout fonctionne, et que l'on ne sait pas pourquoi.
Ici, les deux sont réunis: rien ne fonctionne, et personne ne sait pourquoi.
Albert Einstein