Corrigé - Sciences physiques en BTS
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Corrigé de l’épreuve de chimie du BTS 88 1° question : Définitions : Un acide est une espèce chimique capable de libérer un (ou plusieurs) proton(s) H + . Une base est une espèce chimique capable de capter un (ou plusieurs) proton(s) H + . L’ammoniac ( formule brute N H 3 ) peut capter un proton H + pour donner un ion ammonium ( formule N H 4 + ) : l’ammoniac est une base. L’ion ammonium ( N H 4 + ) peut libérer un proton H + pour donner de l’ammoniac : c’est un acide. Réaction entre l’ion ammonium et l’eau : → + NH 4+ + H 2 O ← N H 3 + H 3 O ACIDE 1 BASE 2 BASE 1 ACIDE 2 La réaction précédente est une réaction entre deux couples acide / base : N H 4 + / N H 3 ( ACIDE 1 / BASE 1 ) H 3 O + / H 2 O ( ACIDE 2 / BASE 2 ) Remarque : L’eau réagit sur l’ion ammonium (acide) en se comportant comme une base. 2° question : C= ¾ Calcul de la concentration C de la solution : V : volume de la solution ; V = 1 L M N H 3 : masse molaire de l’ammoniac : M N H 3 = 17 g . mol − 1 m M NH 3 × 1 V A.N. : C = 0,1 mol . L − 1 m : masse d’ammoniac mise en solution : m = 1,7 g ¾ Réactions mises en jeu : La dissolution de l’ammoniac dans l’eau est une réaction limitée par la réaction inverse : NH3 + H 2 O → ← NH 4 + + OH − L’autoprotolyse de l’eau existe toujours en milieu aqueux : 2H2O → ← H 3 O + + OH − ¾ Espèces chimiques (autres que l’eau) présentes en solution : N H 3 , N H 4 + , O H − ; H 3 O + ¾ Équations : [H 3 O + ] + [ NH 4 + ] = [OH − ] • d’électroneutralité : • de conservation de l’ammoniac : [NH3 ] + [NH 4+ ] = C c-bts-88-corr page1 document proposé sur le site « Sciences Physiques en BTS » : http://nicole.cortial.net (A) (B) • définition de la constante d’acidité du couple ion ammonium / ammoniac : KA = [NH 3 ][H 3 O + ] (C) + [NH 4 ] Résolution : Hypothèse 1 : On admet que l’on a une nette prédominance des ions hydroxyde ( O H − ou H O − ) sur les ions hydronium ( H 3 O + ) (on suppose la solution franchement basique). Si [ H 3 O + ] << [ O H − ] , l’équation ( A ) donne : [ N H 4 + ] ≅ [ O H − ] . Hypothèse 2 : On admet que l’on a une nette prédominance de l’espèce ammoniac sur les ions ammonium. Si [ N H 4 + ] << [ N H 3 ] , l’équation de conservation donne : [ N H 3 ] ≅ C . Dans ces conditions, la relation ( C ) s’écrit, successivement : KA = [NH 3 ][H 3 O + ] [NH 4 + ] ≅ C [H 3 O + ] [OH − ] soit : KA ≅ ≅ C [H 3 O + ]2 [OH − ][H 3 O + ] C [H 3 O + ]2 Ke [H 3 O + ] ≅ Cette dernière relation nous permet de calculer le pH de la solution : pH = 1 (pK A + pK e − pC) 2 Ke KA C A.N. : pH = 11,1 Remarque : En introduisant la constante de basicité du couple ion ammonium / ammoniac K B = et p O H = p K e − p H , on retrouve la relation « bien connue » : pOH = Ke KA 1 (pK B + pC) 2 ¾ Vérification des hypothèses : • Le pH nous permet de calculer [ H 3 O + ] et [ O H − ] : [ H 3 O + ] ≈ 7,9 × 10 − 12 mol . L − 1 [ O H − ] ≈ 1,3 × 10 − 3 mol . L − 1 L’hypothèse 1 est bien vérifiée ! • [ N H 4 + ] ≅ 1,3 × 10 − 3 mol . L − 1 et, par conséquent, en utilisant l’équation de conservation : [ N H 3 ] ≅ 9,9 × 10 − 2 mol . L − 1 . L’hypothèse 2 est bien vérifiée ! Le calcul du pH est valide. Remarque importante : Ce type d’exercice est, à l’heure actuelle, hors programme ! Cependant, la première partie de l’exercice permet une bonne révision du cours de chimie …. c-bts-88-corr page2 document proposé sur le site « Sciences Physiques en BTS » : http://nicole.cortial.net