Equilibre en solution L2S3

[cockroach]

Bonjour, j'ai quelques problèmes pour des notions qui reviennent régulierement, donc je vous expose des questions d'exercices où je bloque, merci d'avance pour votre aide...

-Je dois calculer le ph de la solution de NH3 de concentration c=5,0 x 10^-2 mol/L, on me donne le pka du couple NH4+/NH3 = 9,25
étant donné que c'est une base faible car le pka est compris entre 0 et 14, je pensais utiliser la formule qui s'y applique : ph = 7 + 1/2 (pka + log c) et je trouve 10,93 comme ph, il vérifie les 2 conditions : >7,5 et > pka + 1 donc ca serait bon?
ce que je comprends pas c'est que dans tous les exercices que je fais habituellement on nous demande par exemple le ph de NH4Cl et dans ce cas on le met dans l'eau et il se dissocie en NH4+ + Cl- et ensuite on regarde ce qu'est NH4+, il s'agit d'un acide faible, on applique la formule, etc; mais dans le cas de NH3 si on le met dans l'eau ca ne devient pas NH3- ou NH3+ avec quelque chose d'autre, ca n'a pas d'importance?

-Ensuite, je ne sais pas faire une question qui revient souvent, par exemple : quel volume de solution C (NH3 de concentration 5,0 x 10^-2mol/l) faut il ajouter à 10ml de solution A (NH4Cl de concentration 1,0 x 10-2mol/l) pour obtenir une solution de pouvoir tampon maximal? En ayant le pka du couple NH4+/NH3 = 9,25.
Je ne comprends pas comment je dois procéder, je sais que pour une solution tampon on a ph=pka+log a-/ah et aussi que plus le ph est proche du pka et plus le pouvoir tampon sera maximale, je crois, mais je vois pas le rapport avec les volumes, enfin bon je suis un peu perdue.

-ensuite je ne comprends pas comment on peut savoir le ph lorsqu'on utilise les equilibre de solubilité en solution aqueuse, par exemple dans un exercice on me demande la solubilité s de l'iodure de plomb et de l'iodure d'argent en donnant Ks(PbI2)=7,1x10^-9 et Ks(AgI)=8,5x10^-17 , donc ca je sais faire, je trouve s=1,21x10^-3 et s=9,22x10^-9
mais la seconde question je ne sais pas faire, je pense qu'il me manque une formule : On considere une solution aqueuse contenant 1,0x10^-2 d'ions Pb2+ et 1,0x10^-2 mol/l d'ions Ag+. En calculant les conditions de début de précipitation, indique s'il est possible de précipiter les 2 cations métalliques.
et là je peux donc calculer (I-)= 8,43 x10^-4 vu qu'il est lié à Ks et (Pb2+), et on peut aussi calculer (I-)=8,5x10-15mol/l avec Ks de AgI et (Ag+)
mais ensuite je ne sais pas quoi faire, j'imagine qu'il faut calculer le ph des 2 et ensuite voir si on peut précipiter les 2, le problème c'est que je ne sais pas comment calculer le ph?

Merci d'avance, si il vous est possible de repondre à une des mes 3questions ca pourra déja bien m'aider, bonne soirée.

[alexchimiste]

pka du couple NH4+/NH3 = 9,25
étant donné que c'est une base faible car le pka est compris entre 0 et 14, je pensais utiliser la formule qui s'y applique : ph = 7 + 1/2 (pka + log c) et je trouve 10,93 comme ph, il vérifie les 2 conditions : >7,5 et > pka + 1 donc ca serait bon?

Il ne s'agit pas d'une base faible parce que son pKa est compris entre 0 et 14 ! Le pKa d'un acide moyen est compris entre 0 et 2, d'un acide faible entre 2 et 6, d'une base faible entre 7 et 9, d'une base moyenne entre 9 et 10, et d'une base forte entre 10 et 14, dans l'eau. Bien sûr il s'agit de valeurs grosso modo, on pourra me donner n'importe quel exemple d'un acide faible ayant un pKa de 12, ça n'apportera rien de plus à l'histoire. C'est une base faible car son pKa est supérieur à 7 et inférieur à 10. Sinon à priori le calcul est à peu près convenable, bien que pH = 10,93 pour une solution à 0,05 mol/L d'ammoniac c'est un peu élevé je trouve.

ce que je comprends pas c'est que dans tous les exercices que je fais habituellement on nous demande par exemple le ph de NH4Cl et dans ce cas on le met dans l'eau et il se dissocie en NH4+ + Cl- et ensuite on regarde ce qu'est NH4+, il s'agit d'un acide faible, on applique la formule, etc; mais dans le cas de NH3 si on le met dans l'eau ca ne devient pas NH3- ou NH3+ avec quelque chose d'autre, ca n'a pas d'importance?

Parce que le chlorure d'ammonium est un sel acide, dans ce cas la on parle de l'ammoniac qui se dissout dans l'eau. On pourrait supposer que l'ammoniac obéit à l'équilibre suivant : NH3 + H2O <=> NH4+ + HO-, mais ce n'est pas le cas, l'ion hydroxyde est une base trop forte vis à vis de l'ion ammonium, il ne peut y avoir coexistence de ces deux entités.

-Ensuite, je ne sais pas faire une question qui revient souvent, par exemple : quel volume de solution C (NH3 de concentration 5,0 x 10^-2mol/l) faut il ajouter à 10ml de solution A (NH4Cl de concentration 1,0 x 10-2mol/l) pour obtenir une solution de pouvoir tampon maximal? En ayant le pka du couple NH4+/NH3 = 9,25.
Je ne comprends pas comment je dois procéder, je sais que pour une solution tampon on a ph=pka+log a-/ah et aussi que plus le ph est proche du pka et plus le pouvoir tampon sera maximale, je crois, mais je vois pas le rapport avec les volumes, enfin bon je suis un peu perdue.

Dans ce cas précis il faut se référer à la définition d'une solution tampon... Une solution tampon est une solution contenant la même quantité de matière de chacune des deux espèces d'un même couple acide/base. En l'occurrence, avec un calcul de dilution ET de quantité de matière, tu peux déterminer quelle est la quantité de matière présente dans la solution A, et quelle est la quantité de matière de solution C tu dois ajouter pour que tu ai une solution ayant égalité en quantité de matière de A et de C.

-ensuite je ne comprends pas comment on peut savoir le ph lorsqu'on utilise les equilibre de solubilité en solution aqueuse, par exemple dans un exercice on me demande la solubilité s de l'iodure de plomb et de l'iodure d'argent en donnant Ks(PbI2)=7,1x10^-9 et Ks(AgI)=8,5x10^-17 , donc ca je sais faire, je trouve s=1,21x10^-3 et s=9,22x10^-9
mais la seconde question je ne sais pas faire, je pense qu'il me manque une formule : On considere une solution aqueuse contenant 1,0x10^-2 d'ions Pb2+ et 1,0x10^-2 mol/l d'ions Ag+. En calculant les conditions de début de précipitation, indique s'il est possible de précipiter les 2 cations métalliques.
et là je peux donc calculer (I-)= 8,43 x10^-4 vu qu'il est lié à Ks et (Pb2+), et on peut aussi calculer (I-)=8,5x10-15mol/l avec Ks de AgI et (Ag+)
mais ensuite je ne sais pas quoi faire, j'imagine qu'il faut calculer le ph des 2 et ensuite voir si on peut précipiter les 2, le problème c'est que je ne sais pas comment calculer le ph?

Ça je laisse à Maurice le soin de te répondre, il est plus calé que moi sur ces choses la.

[cockroach]

Merci beaucoup pour votre réponse
J'ai compris pour la premiere partie
Pour la question : 'quel volume de solution C (NH3 de concentration 5,0 x 10^-2mol/l) faut il ajouter à 10ml de solution A (NH4Cl de concentration 1,0 x 10-2mol/l) pour obtenir une solution de pouvoir tampon maximal?' j'ai donc essayé de suivre ce que vous m'avez dit et j'ai écrit :
nA = CA x VA = 1X10^-2 x 10x10^-3 = 1x10^-4 mol
NH4+ + H20 = H3O+ + NH3
on veut nA = nC et ici il n'y a pas de coeff stoechiometriques a prendre en considération, donc j'ai ecrit :
on veut nA = nC
nA = Cc x Vc ---> VC = nA/Cc = 1x10^-4/5x10^-2 = 2x10^-3 L = 2 mL
est ce correct?

[Maurice]

Ton volume de 2 mL est correct.
Avant d'entrer en matière pour la suite, pourquoi te compliques-tu la tâche pour écrire le nombre 0.010 ? Tu le présentes 1.0 x 10^-2, ce qui demande 8 caractères : 1, 0, x 1, 0, ^, -, 2.
Mais je ne comprends pas ce que tu cherches dans ton problème de AgI et PbI2. Je recopie en italique la partie en question .
On considere une solution aqueuse contenant 1,0 10-2 d'ions Pb2+ et 1,0 10-2 mol/l d'ions Ag+. En calculant les conditions de début de précipitation, indique s'il est possible de précipiter les 2 cations métalliques. avec : Ks(PbI2) = 7,1· 10-9 et Ks(AgI) = 8,5 · 10-17

Inutile de faire des calculs. La réponse est "oui". Oui, on peut faire précipiter AgI et PbI2. Si on met une excès d'ions iodure, la concentration résiduelle d'ions Pb2+ et Ag+ sera extrêmement petite

[alexchimiste]

Pour la question : 'quel volume de solution C (NH3 de concentration 5,0 x 10^-2mol/l) faut il ajouter à 10ml de solution A (NH4Cl de concentration 1,0 x 10-2mol/l) pour obtenir une solution de pouvoir tampon maximal?' j'ai donc essayé de suivre ce que vous m'avez dit et j'ai écrit :
nA = CA x VA = 1X10^-2 x 10x10^-3 = 1x10^-4 mol
NH4+ + H20 = H3O+ + NH3
on veut nA = nC et ici il n'y a pas de coeff stoechiometriques a prendre en considération, donc j'ai ecrit :
on veut nA = nC
nA = Cc x Vc ---> VC = nA/Cc = 1x10^-4/5x10^-2 = 2x10^-3 L = 2 mL
est ce correct?

Pour alléger l'écriture, faut savoir que 1.10-2 c'est la même chose que 10-2 qui est encore égal à 0,01, je préfère donc utiliser cette dernière écriture, plus simple et moins lourdingue. Et moins source d'erreurs !
Solution C d'ammoniac à 0,05 mol/L, 10 mL de solution A de chlorure d'ammonium à 0,01 mol/L, avec lesquelles on veut réaliser un tampon pH = 9,25.

Oui c'est correct !

[cockroach]

Oui pour l'écriture de 1x10^-2 ou 0,01 c'est pareil et je le sais, je sais pas pourquoi je vous ai tout écrit comme ça, surement une habitude d'écriture pour les chiffres significatifs.

Votre réponse : "Inutile de faire des calculs. La réponse est "oui". Oui, on peut faire précipiter AgI et PbI2. Si on met une excès d'ions iodure, la concentration résiduelle d'ions Pb2+ et Ag+ sera extrêmement petite" je ne comprends pas votre raisonnement.
Et il est bien préciser dans l'énoncé que je dois faire "les calculs en début de précipitation" et du coup je ne sais pas ce que je dois faire à ce genre de question.
Merci.

[alexchimiste]

Votre réponse : "Inutile de faire des calculs. La réponse est "oui". Oui, on peut faire précipiter AgI et PbI2. Si on met une excès d'ions iodure, la concentration résiduelle d'ions Pb2+ et Ag+ sera extrêmement petite" je ne comprends pas votre raisonnement.
Et il est bien préciser dans l'énoncé que je dois faire "les calculs en début de précipitation" et du coup je ne sais pas ce que je dois faire à ce genre de question.
Merci.

Je pense que Maurice te répond ça car il a du perdre de vue la problématique, qu'il s'agit d'un exercice, donc répondre que c'est logique à la seule vue de constantes ne devrait pas suffire à ton prof ^^'
En fait il s'agirait de déterminer à partir de quelle concentration en ions iodures on se trouve en situation de précipitation, et le cas échéant de déterminer la concentration résiduelle en ions métalliques dans la solution, voire même déterminer lequel des deux sels précipitera en premier, de l'argent ou du plomb.
Honnêtement j'ai fait ça quand j'étais au lycée, j'ai tout ça dans mes cours, c'est des pages de calculs avec la formule du Ks, qui est le quotient de solubilité (et donc de dissolution, dans l'autre sens) de chaque composé minéral, avec des tableaux d'avancement, des calculs d'équilibres, c'est du truc bien chiant. Normalement c'est dans ton cours, faut juste faire gaffe aux histoires de stoechiométrie.

EDIT : en relisant ton message initial je vois que tu as obtenu des valeurs cohérentes, à cela qu'il manque quand même les unités, c'est un peu pas top pour un chimiste, c'est pas évident de s'y retrouver. Déterminer le pH de précipitation la c'est, euh... Impossible je crois, parce qu'il n'y a, à priori pour moi, pas de relation d'acidobasicité dans cette partie la de l'exercice.