Exercice De Chimie: Equation Acido Basiques

[Rebalak]

Bonjour, j'ai un problème avec un exercice de Chimie que notre cher, tendre et sadique prof nous a donné à faire pendant ces vacances ci.

Merci d'avance à celui ou celle qui pourra m'aider

On mélange un volume V1 = 25,0 mL d'une solution d'acide acétique de concentration molaire C1 = 2,5 . 10^-2 mol/L

et un volume V2 = 75,0 mL d'une solution de borate de sodium (NaBO2) de concentration molaire C2 = 1,0 . 10^-2 mol/L.

1°/ Ecrire la réaction chimique

2°/ Determiner l'etat final du systeme en quantités de matiere puis en concentrations molaires.

[Barbidoux]

On mélange un volume V1 = 25,0 mL d'une solution d'acide acétique de concentration molaire C1 = 2,5 . 10^-2 mol/L

et un volume V2 = 75,0 mL d'une solution de borate de sodium (NaBO2) de concentration molaire C2 = 1,0 . 10^-2 mol/L.

Le fateur f1 de dilution de la solution d’acide acétique vaut f1=100/25=4 et celui de la solution de borate de sodium vaut f2=100/75=4/3. La concentration en soluté apporté après mélange et avant réaction vaut C1m=2,5*10^(-2)/4 pour le soluté acide acétique et C2m = 1,0 . 10^(-2)/(4/3) =3*10^(-2)/4 mol/L pour le soluté borate de sodium.

Le borate de sodium NaBO2 s’hydrate et se dissocie totalement en solution pour donner la base conjuguée H2BO3^(-) de l’acide borique selon :

Na2BO2(s)+H2O <---> Na^(+)+H2BO3^(-)

Cette réaction est totale (non inversible).

Le pK de l’acide borique valant 9,2 celle solution est équivalente à celle d’une base faible (ammoniaque par exemple). Après mélange la réaction est donc celle de l’acide faible (acétique) et d’une base faible (ion borate)

CH3COOH+H2BO3^(-) ---> CH3COO^(-)+ H3BO3

Le tableau d’avancement de la réaction s’écrit :

.............H3COOH+H2BO3^(-) ---> CH3COO^(-)+ H3BO3

t=0...........(a)............(b)...................(0).................(0)

t .............(a-x)............(b-x)................(x).................(x)

où a= C1m=2,5*10^(-2)/4 mol/L et b=C2m=3*10^(-2)/4 sont les concentration initiales en soluté apporté et x l’avancement volumique de la réaction.

Les pK de l’acide acétique et de l’acide borique valant respectivement Ka1=4,7 et Ka2=9,2 à 25°C la constante de l’équiibre correspondant à la réaction précédement écrite vaut :

K={H3BO3}*{CH3COO^(-)}/({H3BO3^(-)}*{CH3COOH})={H3BO3}*{CH3COO^(-)*{H3O^(+)}}/({H3BO3^(-)}*{CH3COOH}*{H3O^(+)})=Ka1/Ka2=10^(9,2-4,7)=10^(4,5)

Cette constante étant supérieure à 10^4 la réaction peut être considére comme totale et l’état final de la réaction correpond à l’avancement maximal. On se trouve dans le cas où a<b et l’état final est obtenu pour x=a

.............H3COOH+H2BO3^(-) ---> CH3COO^(-)+ H3BO3

tfin...........(0)............(b-a)................(a).................(a)

Bilan matière à l’état final :

n(H3COOH)=0

n(H2BO3^(-))=(b-a)*V=0,5*10^(-2)*10^(-1)/4=1,25*10^(-4) mol

n(CH3COO^(-))=n(H3BO3)=a*V=2,5*10^(-2)*10^(-1)/4 mol=6,25*10^(-4) mol

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Concentrations molaires :

[H3COOH]=0

[H2BO3^(-)]=(b-a)=0,5*10^(-2)*10^(-1)/4=1,25*10^(-3) mol/L

[CH3COO^(-)]=[H3BO3]=a=2,5*10^(-2)/4 mol=6,25*10^(-3) mol/L

La concentration en [OH^(-)] est déterminée en utilisant l’expression de la constante d’acidité de l’acide borique :

Ka2={H2BO3^(-)}{H3O^(+)}/{H3BO3}={H2BO3^(-)}*Ke/({H3BO3}*{OH^(-)}) ==> {OH^(-)}={H2BO3^(-)}*Ke/({H3BO3}*Ka2) =1,25*10^(-3)*10^(-14)/(6,25*10^(-3) *10^(-9,2))=3,17*10^(-6) mol/L et le pH du mélange vaut pH=14+lg{OH^(-)}= 8,50

A vérifier........