SOLUBILITÉ DU CARBONATE DE CALCIUM

SOLUBILITÉ DU CARBONATE DE CALCIUM
Le produit de solubilité du carbonate de calcium CaCO3 dans l ' eau est K s = 10−8,3 .
2−
L'ion carbonate CO 3 est une dibase faible correspondant aux deux couples acido-basiques successifs:
CO 2  aq ou CO 2 , H2 O / HCO−3 pK 1 = 6,35
HCO−3 / CO 2−
pK 2 = 10,3
3
Les valeurs de ces constantes sont données à 25°C et toutes les réactions chimiques considérées ici se produisent à
cette température.
1) a . Ecrire les équations chimiques exprimant la dissolution de CaCO3 dans l 'eau.
b . Définir la solubilité s de CaCO3 dans l'eau et montrer qu'elle dépend du pH.
On donnera l'expression de s en fonction de h = [ H 3 O+ ].
c. On introduit 0,100 g de CaCO3 en poudre fine dans 100 cm 3 d 'eau à 25° C.
En supposant que tout le dioxyde de carbone CO 2 éventuellement formé reste sous forme dissoute que l'on
notera CO2 aq , calculer :
α . Le pH de la solution.
β . La solubilité s en mol L−1 de CaCO3 dans l 'eau.
γ . La composition quantitative du milieu.
Les approximations faites éventuellement pour les calculs seront justifiées.
d. Que peut-on faire pour accroître la solubilité de CaCO3 ?
2) En réalité la solution est en équilibre avec l'air atmosphérique.
Celui-ci contient une proportion constante de CO 2 égale à 0,033% en volume susceptible de se dissoudre dans
l'eau suivant la réaction CO 2 gaz ! CO 2 aq dont la constante d'équilibre K est égale à 3,4 10−2 à 25°C.
a . Calculer la concentration molaire volumique du dioxyde de carbone dissous dans un litre d'eau à l'air
atmosphérique sous la pression de 1 atmosphère.
b . Montrer que les résultats de la question 1.b sont modifiés.
c. Calculer les nouvelles valeurs du pH de la solution et de la solubilité de CaCO3 dans l'eau en présence d'air
sous 1 atmosphère.
d . Faire le bilan quantitatif des espèces chimiques présentes dans le milieu et en commenter les modifications
par rapport au 1.b.
3) On augmente la pression partielle du dioxyde de carbone en contact avec la solution, jusqu'à obtenir la
3
dissociation totale de 0,100 g de CaCO3 dans 100 cm de solution.
L 'équilibre CO 2 gaz ! CO 2 aq de constante K est naturellement réalisé.
a . Ecrire la réaction chimique prépondérante traduisant cette dissolution et calculer sa constante K'.
b . Déterminer la pression partielle de CO 2 assurant la dissolution totale de CaCO3 .
c. Calculer alors le pH de la solution.
4) Pour détecter rapidement la présence de CO 2 dans un gaz formé au cours d'une expérience, on fait barboter
celui-ci dans une solution de chaux (ou hydroxyde de calcium) Ca OH 2 dont le produit de solubilité vaut
K 's = 10−5,3 à 25 °C. On utilise 100 cm3 de solution contenant 74,0 mg de chaux Ca OH 2.
a . Montrer que cette solution de chaux n'est pas saturée et calculer son pH.
b . Décrire ce qui se produit lorsqu'on fait barboter CO 2 dans cette solution de chaux.
c. Ecrire la réaction prépondérante et montrer qu'elle est totale.
d . Montrer, en utilisant les résultats de la question 3, que la détection de CO2 est impossible si la pression de
ce gaz est trop grande.
Déterminer la valeur maximale de cette pression pour que la détection de CO 2 par barbotage dans la solution
de chaux soit concluante.
Données numériques:
Ca = 40,0 ; O = 16,0 ; H = 1,0 ; C = 12,0 ; 1 atm = 101 325 Pa
−14
Produit ionique de l 'eau K e = 10 à 25 °C.