Equilibre Acide-base, Tampons, pH et pK. Eexercices

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حمض	Acid	Acide
قاعدة	Base	Base

L'Equilibre acide-base et les tampons font suite à la dissociation d'acides forts ou faibles et font intervenir les constantes pk et pH.

Calcul du pH des solutions

1. Calculer le pH des solutions suivantes (Réponse 1):
a) Acide chlorhydrique 0,30 M
b) Acide acétique 0,35 M (pKa = 4,76)
c) Acide acétique 0,035 M

2.Soit HA, un acide faible d'une concentration totale de 0,20 M, et est ionisé à 2%, déterminer:
a) Le Ka de cet acide.
b) Le pH de cette solution de HA.
(Réponse 2)

3. Calculer le pH des solutions composées de mélanges suivants:
a) Solution 1: 1 M d'acide acétique + 0,5M d'acétate de sodium
b) Solution 2: 0,3 M d'acide phosphorique + 0,8 M de KH2PO4 (pKa=2,14). (Réponse 3)

Acide-base. Préparation de solution tampon

4. Quelle doit être la concentration de Na2HPO4 à utiliser pour préparer une solution tampon de pH = 7,00 en utilisant du KH2PO4 et Na2HPO4 (pKa=7.21) et en disposant d'une solution de 0,1 M de KH2PO4
(Réponse 4)

5. Pouvoir tampon du mélange acide acétique-acétate de sodium
Soit le mélange M constitué de 500 ml d'une solution d'acide acétique 0,1 M avec 500 ml d'une solution d'acétate de sodium 0,1 M.
a) Calculer le pH du mélange (M). On donne: pKa de l'acide acétique égal à 4,7.
b) Calculer la nouvelle valeur de pH du mélange M et la variation de pH correspondante (on néglige la variation du volume), après lui avoir ajouté 10 ml d'une solution d'acide chlorhydrique à 1 M.
c) Calculer le pouvoir tampon du mélange M, sachant ce dernier est défini comme le volume d'acide fort ou de base forte qu'il faut ajouter à un litre de solution (mélange) pour obtenir une variation d'une unité de pH.
(Réponse 5)

Rappel:
Un tampon est une solution contenant une paire d'acide / base conjugués. La gamme de pH d'un tampon repose sur son pKa, défini comme le pH auquel 50% des molécules sont sous leur forme acide, et 50% sont sous leur forme basique. En général le pH de la solution tampon devrait être dans 1,0 unité de pH du pKa de manière à fournir une capacité tampon appropriée. Ceci garantit qu'il existe une quantité suffisante de la molécule sous ses deux formes acide et basique pour neutraliser la solution dans le cas d'un afflux de H+ ou OH-. Ainsi, les tampons empêchent les changements de pH qui pourraient affecter négativement la stabilité des protéines.

6. Tampon glycine-glycénate de sodium
a) Calculer le poids de glycine à peser et le volume de solution de NaOH à 0,2 M à utiliser pour préparer 100 ml du tampon glycine-glycénate de sodium pH 10,25 à 0,05 M.
b) Calculer le pouvoir tampon pour une variation de pH de 0,5 unité vers les pH acides).
Données: Masse molaire Glycine = 75,07 g/mol, pK1 Gly = 2,34, pK2 Gly = 9,60 à 20-25°C. NaOH à pureté 30%, d = 1,328, M = 40 g/mol
(Réponse 6)

7. Tampon glycine-glycénate de sodium
a) Calculer le poids de Tris à peser et le volume de HCl à utiliser pour préparer 100 ml du tampon Tris-HCl de pH 8,5 à 0,02 M.
b) Calculer le pouvoir tampon pour une variation de pH de 0,5 unité vers les pH acides).
Données: Tris (Tri-hydroxyméthyl-aminométhane): Masse molaire = 121,14 g/mol, Concentration HCl = 0.2 M, pK Tris = 8,08 à 25°C
(Réponse 7)

Réponses

Réponse 1 (Question 1)
a) Comme l'acide chlorhydrique HCl est un acide fort, il se dissocie complètement une fois mis en solution : HCl = = = H+ + Cl -
Comme la concentration de HCl de départ est de 0,30 M, la stoechiométrie de la réaction de dissociation indique que la concentration finale de H+ dans la solution est aussi 0,30 M. On aura: pH = - log [H+] = -log 0,30 = 0,53

b) L'acide acétique en solution se dissocie suivant la réaction:
CH3-COOH = = = CH3-COO- + H+
Contrairement à un acide fort comme HCl, l'acide acétique est un acide faible, il ne se dissocie pas complètement. On doit tenir compte de la constante Ka dans les calculs. Cette constante est définie de la manière suivante :

c):Même démarche que b: le calcul donne un pH de 3,11.
Réponse 2 (Question 2)
a) Calcul de Ka de l'acide HA:
HA étant un acide faible, l'équilibre acide-base sera le suivant :

b) Le pH de la solution de HA.
Le pH de la solution de HA sera de : pH = - log [H+] = - log 0,004M = 2,39

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Réponse 3 (Question 3)
a) pH de la solution 1: 1 M d'acide acétique + 0,5M d'acétate de sodium
Ce mélange correspond à une solution tampon préparée avec l'acide acétique et sa base conjuguée, l'acétate de sodium :
CH3COOH = = = H+ + CH3COO- Na+
Le pH de cette solution peut être déterminé à l'aide de l'équation d'Henderson-
Hasselbach : pH = pKa + log ([Base conjuguée]/[Acide]) qui correspond à:
pH = 4,76 + log (0,5 M/1 M) = 4,46
b) pH de la solution 2: 0,3 M d'acide phosphorique + 0,8 M de KH2PO4 (pKa=2,14).
On a l'équilibre suivant : H3PO4 = = = H+ + H2PO4- K+
En utilisant la même démarche que a), on obtient :
pH = pKa + log ([H2PO4-]/[H3PO4]) = 2,14 + log (0,8 M/0,3 M)
pH = 2,57
Réponse 4 (Question 4) Soit x la concentration de Na2HPO4:

Réponse 5 (Exercice 5)
a) pH = pKa = 4,7
b) pH = 4,52, soit variation de pH = 0,18
c) Pouvoir tampon = delta cH+/delta pH = (10 x 1)/0.18 = 56 mmol H+/L
Réponse 6 (Exercice 6)
a) Poids de glycine = 0,3754 g. Volume NaOH = 20,4 ml
b) Pouvoir tampon = 23,2 mmol/.upH/L.
Réponse 7 (Exercice 7)
a) Poids de Tris = 0,2423 g. Volume HCl = 2,75 ml
b) Pouvoir tampon = 10,8 mmol/.upH/L.
La solution tampon Tris contient du Tris base et ses conjugués acides. Le pKa du Tris à 25°C est 8.06, signifiant qu'à pH = 8.06, 50% du Tris est protoné (dans sa forme acide, T-NH3+) et 50% est déprotoné (dans sa forme basique, T-NH2).

Liens utiles:
Ionisation des acides aminés (Exercice)

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