5.5) Mélange acide faible base faible . Soit une solution contenant de l ’acide méthanoïque et du méthanoate de sodium auxconcentrations apportées respectivement égales à C1 et C2 .

Donnée : HCOOH/HCOO- : pKa = 3,8

Dissolution de HCOONa : HCOONa (s) = HCOO- (aq) + Na+ (aq)n H2O

Recherche R.P. :

HCOO- HCOOH3,8

pKa

H2OOH-14,0

H2O H3O+

0

Réactions :

R1 : HCOOH + HCOO- = HCOO- + HCOOH

R2 : HCOOH + H2O = HCOO- + H3O+

R3 : HCOO- + H2O= HCOOH + OH-

R4 : 2 H2O = H3O+ + OH-

Constantes :

01K

]HCOO[]HCOOH[

]HCOO[]HCOOH[1 0

2K

]HCOOH[

]OH[]HCOO[ 3 1,610-40AK

03K

]HCOO[

]OH[]HCOOH[6,310-11 0

B0A

e KK

K

]OH[

]OH[

3

3

04K Ke

Conclusion : La réaction prépondérante est R1

Diagramme de prédominance :

pH

3,8 4,82,8

La base est majoritaire parrapport à l ’acide

L ’acide est majoritairepar rapport à la base .

Aucune des deux espècesn ’est majoritaire

Question : à quel intervalle de valeurs du pH doit appartenir le pH de cette solution ?

La R.P. est R1 qui ne modifie pas les concentrations initiales : les réactions secondairesont des constantes faibles : le pH doit être compris entre 2,8 et 3,8 .

Calcul : C1 = C2 = 0,10 mol.L-1 .

La R.P. est R1 qui ne modifie pas les concentrations initiales . Si les constantes KA0 et KB

0

très inférieures à 1 : les concentrations de l ’acide faible et de la base faible demeurent inchangées .

pH ? La concentration des ions oxonium est contrôlée par l ’équilibre :

HCOOH + H2O = HCOO- + H3O+ avec ]HCOOH[

]OH[]HCOO[K 30

A

équilibre de contrôle .

[H3O+] = ]HCOO[

]HCOOH[K0

A d ’où

pH = - log([H3O+]) =

]HCOO[

]HCOOH[logKlog 0

A soit

pH =

]HCOOH[

]HCOO[logpKA

Rappel

A.N.: pH = 3,8

Question : des deux réactions secondaires R2 et R3 , laquelle peut poser problème ?

Celle qui a la constante la plus élevée , c ’est à dire R2

Question : comment vérifier que cette réaction est négligeable ?

Une réaction secondaire est négligeable si les produits qu ’elle forme sont minoritairespar rapport aux produits de la R.P.

Ici, celà revient à vérifier que les ions oxonium sont minoritaires par rapport à l ’acideméthanoïque et aux ions méthanoate .

[H3O+] = 1,6 10-4 mol.L-1

soit [H3O+] << [HCOOH] et [HCOO-]

Application : Calculer pH pour C1 = C2 = 5,0 10-4 mol.L-1

5.6) Application : R.P. quantitative . Solution A : acide méthanoïque de concentration CA = 0,100 mol.L-1

Solution B : hydroxyde de sodium de concentration CB = 0,100 mol.L-1

On mélange un volume VA = 20,0 mL de solution A et un volume VB = 10,0 mL de solution B . Calculer le pH de la solution obtenue .

Données : pKA(HCOOH/HCOO-) = 3,8

dissolution de NaOH : NaOH (s) = Na+ (aq) + OH- (aq)n H2O

l’acide méthanoïque est un acide faible

Calcul des concentrations apportées dans le mélange :

CA ’ =

BA

AA

VV

VC6,6710-2 mol.L-1

CB ’ =

BA

BB

VV

VC3,3310-2 mol.L-1

Recherche R.P. :

pKa

H2O H3O+

0

H2OOH-14,0

HCOOHHCOO-

3,8

Forcedes

acides

Forcedes

bases

On a un équilibre en faveur des produits ( gamma )

HCOOH + OH- = HCOO- + H2O

][OH[HCOOH]][HCOO

K-

-0

][OH[HCOOH]

][HCOO

-

-

]OH[

]OH[

3

3

[HCOOH]

]O[H][HCOO K 3

-0

]OH[]OH[ 3

0AK

Ke

1,61010

K0 > 104 . La réaction est quantitative, on écrit son bilan de matière .

HCOOH + OH- = HCOO- + H2O

E.I.

E.F.

(mol.L-1)

6,6710-2 3,3310-2

3,3310-2

-

-3,3410-2

pKa

H2O H3O+

0

H2OOH-14,0

HCOOHHCOO-

3,8

Forcedes

acides

Forcedes

bases

Recherche R.P. sur le nouveau système : On a une solution de l ’acide faible HCOOH etde sa base faible conjuguée HCOO- ,solution dite ? solution tampon

R.P. ? HCOOH + HCOO- = HCOO- + HCOOH

de constante K10 = 1

réactions secondaires ?2 acide avec l ’eau : HCOOH + H2O = HCOO- + H3O+

3 base avec l ’eau : HCOO- + H2O = HCOOH + OH-

4 autoprotolyse de l ’eau :

parmi ces trois réactions , laquelle doit éventuellement être prise en compte ?

2 car 0A

02 KK 1,5810-4 0

B03 KK 6,3110-11

0A

e

K

K

Calcul du pH : hypothèse ? les réactions secondaires et surtout R2 sont négligeables

conséquence ?la composition du système n ’est pas modifiée ou les concentrations de l ’acide et de la base restent inchangées .

formule ?

]HCOOH[

]HCOO[logpKpH A A.N.: pH = 3,8

Validité de ce résultat ?

Il est cohérent avec la composition du système ( [HCOOH] [HCOO-] ) puisque :

pH est compris entre 2,8 et 4,8 .

R2 négligeable ?R2 est négligeable si les produits qu’elle formes ont minoritaires par rapport aux produits de la R.P.

Comment le vérifier ? En comparant [H3O+] à [HCOOH] et [HCOO-]

[H3O+] = 10-pH = 1,5810-4 mol.L-1

Conclusion ?le résultat est valide puisque les ions oxonium sont minoritaires parrapport à HCOOH et HCOO- .

5.5) Mélange acide faible base faible . Soit une solution contenant de l ’acide méthanoïque et du méthanoate de sodium auxconcentrations apportées respectivement égales à C1 et C2 .

Donnée : HCOOH/HCOO- : pKa = 3,8

Dissolution de HCOONa : HCOONa (s) = HCOO- (aq) + Na+ (aq)n H2O

Recherche R.P. :

HCOO- HCOOH3,8

pKa

H2OOH-14,0

H2O H3O+

0

Réactions :

R1 : HCOOH + HCOO- = HCOO- + HCOOH

R2 : HCOOH + H2O = HCOO- + H3O+

R3 : HCOO- + H2O= HCOOH + OH-

R4 : 2 H2O = H3O+ + OH-

Constantes :

01K

]HCOO[]HCOOH[

]HCOO[]HCOOH[1 0

2K

]HCOOH[

]OH[]HCOO[ 3 1,610-40AK

03K

]HCOO[

]OH[]HCOOH[6,310-11 0

B0A

e KK

K

]OH[

]OH[

3

3

04K Ke

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