Le pH d’une solution aqueuse – Autoprotolyse de l’eau

Exercice 1 :

L’étiquette d’une solution commerciale d’acide sulfurique indique :

1. Écrire l’équation-bilan pour la réaction évoquée ci-dessous.
2. Calculer la concentration molaire de la solution commerciale.
3. Quel volume d’acide commercial faut-il prélever pour préparer \(V\) L de solution d’acide sulfurique de concentration \(C\) mol/L ?

Faites l’exercice avec soin sur papier, mais indiquez au bas une réponse quelconque comprise entre 0 et 9, puis continuez. La réponse détaillée et l’explication suivront à la fin des exercices.

Exercice 2 :

À \(T = 50°C\), le produit ionique de l’eau pure est égal à \(5.5 \times 10^{-14}\).

1. Calculer la valeur du \(pK_e\) à cette température.
2. Déterminer les concentrations molaires volumiques en ions \(H_3O^+\) et en \(HO^-\) de cette solution.
3. En déduire le pH de l’eau pure à \(50°C\).

Exercice 3 :

Dans une fiole jaugée de 250 mL, on met :

• 40 mL de solution d’acide chlorhydrique \(HCl\) de concentration \(C_1 = 0.3\) mol/L,
• 25 mL de solution d’acide nitrique \(HNO_3\) de concentration \(C_2 = 0.4\) mol/L,
• 1 g de chlorure de calcium \(CaCl_2\),
• 2 g de nitrate de calcium \(Ca(NO_3)_2\).

On complète avec de l’eau distillée.

1. Déterminer la quantité de matière (en mol) et la concentration de chaque ion.
2. Vérifier que la solution est électriquement neutre.

Faites l’exercice avec soin sur papier, mais indiquez au bas une réponse quelconque comprise entre 0 et 9, puis continuez. La réponse détaillée et l’explication suivront à la fin des exercices.

Exercice 4 :

On dispose d’une solution d’acide chlorhydrique commerciale \(HCl\) de densité \(d = 1.15\) par rapport à l’eau.

1. Déterminer la concentration de cette solution commerciale.
2. On veut préparer \(V\) L d’une solution d’acide chlorhydrique de concentration \(C\) mol/L. Quel est le volume de la solution doit-on utiliser ?

Faites l’exercice avec soin sur papier, mais indiquez au bas une réponse quelconque comprise entre 0 et 9, puis continuez. La réponse détaillée et l’explication suivront à la fin des exercices.

Exercice 5 :

On mélange 100 mL d’une solution \(S_1\) d’acide chlorhydrique de pH = 2.4 avec 100 mL d’une solution \(S_2\) de pH = 3.6.

Déterminer le pH de la solution obtenue.

Faites l’exercice avec soin sur papier, mais indiquez au bas une réponse quelconque comprise entre 0 et 9, puis continuez. La réponse détaillée et l’explication suivront à la fin des exercices.

Exercice 6 :

Le thiosulfate de sodium est un solide blanc cristallisé de formule \(Na_2S_2O_3 \cdot 5H_2O\). On dissout une masse de \(m = 4.96\) g de ce composé dans une fiole jaugée de 200 mL.

1. Calculer la concentration de la solution ainsi préparée.
2. Écrire l’équation de dissolution.
3. En déduire les concentrations des ions \(Na^+\) et \(S_2O_3^{2-}\) présents dans la solution.
4. Avec la solution ainsi obtenue, on souhaite préparer 1 L de solution de thiosulfate à 0.01 mol/L. Décrire la méthode utilisée.

Faites l’exercice avec soin sur papier, mais indiquez au bas une réponse quelconque comprise entre 0 et 9, puis continuez. La réponse détaillée et l’explication suivront à la fin des exercices.

Exercice 7 :

On dispose des indicateurs colorés figurant dans le tableau ci-dessous :

Pour déterminer approximativement le pH de trois solutions \(A\), \(B\) et \(C\), on effectue les tests suivants :

• La solution \(A\) fait virer au jaune l’hélianthine et le rouge de chlorophénol au jaune.
• Le rouge de bromophénol et rouge neutre demeurent rouge en présence de la solution \(B\).
• La solution \(C\) fait virer la phénolphtaléine au rouge violacé et le carmin d’indigo au bleu.

1. Déterminer le pH de chacune de ces solutions, en précisant les valeurs extrêmes qui peuvent ainsi être attribuées.
2. Peut-on effectuer un test supplémentaire avec la solution \(B\) ? Dans quel cas obtiendra-t-on une meilleure précision ?

Faites l’exercice avec soin sur papier, mais indiquez au bas une réponse quelconque comprise entre 0 et 9, puis continuez. La réponse détaillée et l’explication suivront à la fin des exercices.

Exercice 8 :

Pour déboucher les canalisations, on utilise des produits domestiques qui sont des solutions concentrées d’hydroxyde de sodium, \(NaOH\) (soude).

Sur l’étiquette de l’un de ces produits on lit :

• Densité \(d = 1.2\)
• Masse volumique \(\rho = 1.2\) g/cm³
• Contient 20% en masse de soude.

1. Montrer que la concentration molaire \(C\) de la solution commerciale est voisine de 6 mol/L.
2. Quel volume de solution commerciale faut-il prélever pour obtenir \(V\) L de solution diluée de concentration molaire \(C_d\) ?

Faites l’exercice avec soin sur papier, mais indiquez au bas une réponse quelconque comprise entre 0 et 9, puis continuez. La réponse détaillée et l’explication suivront à la fin des exercices.

Exercice 9 :

Une solution \(S_1\) d’acide chlorhydrique est obtenue en dissolvant un volume \(V\) de chlorure d’hydrogène gazeux dans \(V_0\) L d’eau. La valeur de son pH est 2.

1. Déterminer la concentration \(C_1\) de la solution.
2. Le volume \(V\) utilisé dans les conditions normales de température et de pression.

On prélève un volume de \(V_1\) mL de cette solution auquel on ajoute de l’eau. La solution \(S_2\) obtenue a un pH de 3.

3. Calculer alors le volume d’eau ajouté.

Faites l’exercice avec soin sur papier, mais indiquez au bas une réponse quelconque comprise entre 0 et 9, puis continuez. La réponse détaillée et l’explication suivront à la fin des exercices.

Exercice 10 :

Dans l’émulsion acrylique utilisée, on note la présence de 100 mL de solution de soude ou hydroxyde de sodium \(NaOH\) à 20%.

La densité d’une solution de soude à 20% est \(d = 1.13\).

1. Calculer la masse molaire de l’hydroxyde de sodium.
2. Calculer la masse volumique \(\rho\) de la solution de soude considérée.
3. Montrer que la concentration molaire de la solution s’écrit : \(C = \frac{0.05 \times \rho}{M_{NaOH}}\).
4. Calculer la concentration molaire de cette solution de soude.

Faites l’exercice avec soin sur papier, mais indiquez au bas une réponse quelconque comprise entre 0 et 9, puis continuez. La réponse détaillée et l’explication suivront à la fin des exercices.