Chimie - exercices sur les propriétés des solutions d’ammoniac, Exercices de Chimie Organique
Renee88
Renee8824 April 2014

Chimie - exercices sur les propriétés des solutions d’ammoniac, Exercices de Chimie Organique

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Chimie - exercices sur les propriétés des solutions d’ammoniac. Les principaux thèmes abordés sont les suivants: Préparation de la solution diluée S, Titrage de la solution diluée S, Étude de l’équilibre dans la solution...
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Exercice 1: Propriétés des solutions d'ammoniac 7 points

Pondichéry 2008 Exercice 1 : Propriétés des solutions d’ammoniac (7 points)

Données et rappels :

 Produit ionique de l’eau : Ke = 1,0.10 –14.  pKA des couples acide/base suivants :

H3O+(aq) / H2O( ) : pKA1 = 0 NH4+(aq) / NH3(aq) : pKA2 = 9,2 H2O( ) / HO–(aq) : pKA3 = 14

 Conductimétrie :

La conductivité  d’une solution contenant des espèces ioniques Xi est fonction des concentrations molaires effectives [Xi] de ces ions dans la solution selon la loi :

 = i i [Xi].

 s’exprime en S.m-1, i conductivité molaire ionique en S.m².mol-1 et les concentrations [Xi] en mol.m-3.

 Valeurs des conductivités molaires ioniques (en S.m².mol-1) :

(HO–(aq)) = 199.10–4 S.m².mol-1

(NH4+(aq)) = 73,4.10–4 S.m².mol-1. Une solution commerciale S0 d’ammoniac NH3(aq) de concentration C0 = 1,1 mol.L-1 peut être utilisée, après dilution, comme produit nettoyant (éviers, lavabos, …) ou comme produit détachant (moquette, tapis, …). On se propose d’étudier la solution S d’ammoniac de concentration CS : S est 100 fois plus diluée que S0. 1.1 Préparation de la solution diluée S :

Faire la liste de la verrerie nécessaire pour préparer précisément un volume V = 1,00 L de S à partir de S0.

1.2 Titrage de la solution diluée S :

On se propose de vérifier la valeur de la concentration C0 de S0. Pour cela, la solution S est titrée par une solution d’acide chlorhydrique de concentration Ca = 0,015 mol.L-1. Dans un volume VS = 20 mL de la solution S, on verse progressivement la solution d’acide chlorhydrique et on mesure après chaque ajout le pH du mélange. On peut alors tracer la courbe d’évolution du pH en fonction du volume de solution acide ajoutée Va à l’aide d’un logiciel approprié. On trace aussi la courbe

d’évolution de la dérivée dpH

dVa en fonction de Va.

Évolutions de pH et de dpH / dVa :

1.2.1 Faire un schéma légendé du dispositif expérimental de titrage. 1.2.2 Réaction de titrage :

Écrire l’équation bilan de la réaction de titrage (1) de la solution d’ammoniac S.

1.2.3 Détermination des concentrations :

1.2.3.a À partir des données expérimentales, déterminer le volume de solution acide versé à l’équivalence VaE. Préciser la méthode employée. 1.2.3.b En déduire la valeur de la concentration CS de la solution diluée S. Déterminer alors la valeur de la concentration C0 de la solution S0. Comparer la valeur trouvée à la valeur C0 donnée au début de l’énoncé.

Remarque : Pour la suite de l’exercice, on utilisera la valeur de C0 donnée au début de l’énoncé et la valeur correspondante de CS. 1.2.4 Autre repérage de l’équivalence :

Parmi les indicateurs colorés du tableau ci-dessous, déterminer celui qu’il faut ajouter à la solution pour procéder le plus efficacement possible au titrage précédent par une méthode colorimétrique. Justifier ce choix. Qu’observe-t-on autour de l’équivalence dans ce cas ?

Indicateur coloré Teinte acide Zone de virage Teinte basique

Bleu de bromophénol Jaune 3,0 – 4,6 Bleu-violet

Rouge de méthyle Rouge 4,2 – 6,2 Jaune

Rouge de crésol Jaune 7,2 – 8,8 Rouge

1.3 Étude de l’équilibre dans la solution diluée S : On considère maintenant un volume US = 1,0 L de la solution S. 1.3.1 Réaction acido-basique dans S : L’équation bilan, notée (2) de la réaction entre l’ammoniac et l’eau est :

NH3(aq) + H2O( ) = NH4+(aq) + HO–(aq) (2)

1.3.1.a Donner l’expression littérale de la constante d’équilibre K associée à l’équation de la réaction (2). 1.3.1.b Exprimer K en fonction de Ke et KA2. Calculer K.

1.3.2. Composition de S :

1.3.2.a Reproduire puis compléter sur votre copie le tableau d’avancement, ci-dessous, associé à la transformation modélisée par la réaction d’équation (2).

EquationNH3(aq) + H2O( ) = NH4+(aq) + HO–(aq)

Etat Avancement (mol) Quantité de matière (mol)

Etat initial 0 Excès 0 0

Etat final xéq Excès

Tableau d’avancement

Remarque : A l’état initial, [NH3(aq)]i = CS (concentration de la solution S). L’avancement à l’état final d’équilibre est noté xéq. Le volume de la solution US est supposé constant (la dilution est négligée).

1.3.2.b En supposant que xéq est négligeable par rapport au produit CS.US, montrer que

2

éq

2

S S

x K

C .U

1.3.2.c En déduire la valeur xéq. L’hypothèse est-elle justifiée ? 1.3.3 Etude conductimétrique :

La valeur de la conductivité de la solution diluée S est  = 8,52.10–3 S.m-1.

1.3.3.a En déduire la valeur commune de la concentration (en mol.L-1) des ions NH4+(aq) et HO–(aq) dans la solution S. 1.3.3.b Déterminer alors la valeur du pH de la solution S. Ce résultat est-il en accord avec les données expérimentales ?

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