X. Exercices. Enoncés.

 Retour au plan du cours sur les pH des solutions aqueuses.

Les exercices proposés porteront chacun deux codes: premièrement, indiqué en chiffres romains le numéro du chapitre du cours "on line" auquel l'exercice se réfère; deuxièmement un numéro d'apparition à l'image.
Chaque exercice aura une solution, partielle ou complète, au chapitre XI où je reprendrai leur numérotation.

Les valeurs des constantes numériques nécessaires à la résolution des exercices  se trouvent à la fin du cours de chimie sur les pH .Cliquez ici pour y accéder.

Chapitre I: le solvant H2O.

Exercice I.1.

1. Quelle est la définition de la densité d'un liquide?
2. Quelle est celle de la densité d'un solide?
3. Quelle est celle de la densité d'un gaz?
4. Quand on écrit que la densité de l'acide sulfurique concentré est de 1.84 que veut-on dire?
5. Quelle serait la masse volumique de l'acide sulfurique?
6. Donner la valeur numérique de la masse volumique r de l'acide sulfurique en g.mL-1, en g.cm-3, en kg.m-3, en t.m-3, en mg.mL-1, en µg.µL-1.
7. Qu'est ce qui rassemble la masse volumique et la densité d'un liquide et qu'est-ce qui les distingue fondamentalement?

Exercice I.2.

On dispose d'une solution aqueuse d'un acide HA dont la concentration est égale à 0.1 mol.L-1.
Le volume de la solution est V = 1L.
1. Quel volume v de cette solution doit-on prélever pour confectionner 250 mL d'une solution aqueuse de cet acide HA à la concentration C égale à 0.01 mol.L-1?
Indiquer comment on doit s'y prendre. On dispose de pipettes, de fioles, d'erlenmeyers, de béchers...
2. On mélange à 50 mL de la solution initiale 125 mL d'une solution aqueuse de l'acide HA à la concentration C égale à 0.25 mol.L-1.
 Quelle est la nouvelle concentration de l'acide HA dans le mélange?
3.  Si on ajoute à 1 L de  la solution initiale 50 mL d'une solution aqueuse de HA dix fois moins concentrée quelle sera la concentration de HA dans le nouveau mélange?

Exercice I.3.

On veut préparer un litre d'une solution aqueuse d'acide chlorhydrique de concentration égale à 0.1 mol.L-1, à partir d'une solution concentrée de cet acide dont la bouteille indique les informations suivantes:
HCl à 32% en masse, densité 1.16.
1. Indiquer une façon raisonnable de préparer la solution diluée demandée.On pourra utiliser tout le matériel dont on a besoin.
2. Si l'on mélange 1 mL de cette solution concentrée avec 50 mL d'eau quelle sera la concentration de l'acide chlorhydrique dans le mélange?

Exercice I.4.

Même exercice dans son esprit que le précédent mais on remplace l'acide chlorhydrique par l'ammoniaque concentrée. Mêmes questions que précédemment.
On lit sur l'étiquette de la solution concentrée d'ammoniaque:
NH3 à 20 % en masse, densité 0.92.

Exercice I.5.

On dispose d'acide oxalique HO2C-CO2H, abrégé en H2C2O4, sous la forme de cristaux dihydratés (HO2C-CO2H , 2H2O).
On veut préparer 500 mL d'une solution aqueuse de cet acide à la concentration C de 0.1 mol.L-1.
1. Quelle est la masse de cristaux qu'il faut peser pour préparer cette solution?
2. Comment s'y prend-on?
3. Si l'on rajoute 3.00 g de cet acide cristallisé à la solution précédente que devient la concentration de l'acide?
 

Chapitre II: les acides et les bases. Les pH des solutions simples.

Exercice II.1.

On dispose d'une solution d'acide éthanoïque dont le pH est égal à 3.15.
Le pKa de cet acide est de 4.75 à 25°C.
1. Donner les concentrations, exprimées en mol.L-1,  de chacune des espèces dissoutes.
2. Calculer la contration C de cet acide.
3. Quel est son degré de dissociation a?

Exercice II.2.

On dispose d'une solution d'acide éthanoïque dont le pKa est de 4.75 à 25°C et dont la concentration C est égale à 0.075 mol.L-1.

1. Quel est le pH de la solution?
2. Quelles sont les concentrations des espèces dissoutes?
3. Quel est le degré de dissociation a de l'acide?
4. On rajoute 250 mL d'eau à 125 mL de la solution précédente. Quel est la nouvelle concentration de la solution en acide éthanoïque? Quel est son pH et quelles sont les concentrations des espèces dissoutes? Quel est le nouveau degré de dissociation a de l'acide?

Exercice II.3.

On dispose d'une solution aqueuse d'un acide HA dont la concentration C est égale à 0.05 mol.L-1.
Le pH de la solution est égal à 3.50.

1. L'acide HA est-il fort ou faible?
2. Que vaut son pKa si jamais il est faible?
3. Que vaut son degré de dissociation a?
4. Quelles sont les concentrations des espèces dissoutes?

Exercice II.4.
On dispose d'une solution aqueuse d'ammoniaque. Le pKa du couple NH4+/NH3 est égal à 9.25 à 25°C.
Le pH de la solution vaut 10,85.
1. Quelles sont les concentrations, exprimées en mol.L-1, de toutes les espèces dissoutes?
2. Quelle est la concentration C de la solution?
3. Quel est le degré de protonation a de l'ammoniaque?
4. On rajoute 150 mL d'eau à 100 mL de la solution précédente.
Quelle est la nouvelle concentration C' de la solution? Quel est son pH? Quelle est la concentration de chacune des espèces dissoutes?

Exercice II.5.

On dispose de diverses solutions aqueuses de soude ou hydroxyde de sodium.

1. On mesure le pH d'une solution de soude de volume V = 1L et de concentration C égale à 0.05 mol.L-1. Que vaut son pH?
2. On mélange 100 mL de cette solution à 100 mL d'une solution de soude de concentration C' égale à 0.025 mol.L-1.
Quel est le pH de la solution de concentration C'? Quel est le pH du mélange?
3. On rajoute 1 L d'eau à 1.5 L de la solution initiale de concentration C. Quel est le pH de la solution?

Exercice II.6.

On dispose d'une solution d'acide chlorhydrique de concentration C égale à 0.05 mol.L-1.

1. Quel est le pH de la solution? Quelles sont les concentrations des espèces dissoutes?
2. On ajoute 0.2 g de cristaux de soude dans 100 mL de la solution précédente. Il n'y a pas de variation notable du volume V de la solution.
Quel est le pH de la solution après ajout des cristaux de soude? Quelles sont les concentrations des diverses espèces dissoutes?

Exercice II.7.

Même exercice et mêmes questions que pour l'exercice II.6. mais on remplace l'acide chlorhydrique par l'acide éthanoïque de pKa égal à 4.75 à 25°C.

Exercice II.8.

On mélange  un volume V1 égal à 100 mL d' une solution aqueuse d'acide chlorhydrique de concentration C1 égale à 0.001 mol.L-1 avec un volume V2 égal à 50 mL d' une solution aqueuse d'acide éthanoïque, de concentration C2 égale à 0.01 mol.L-1.
1. Quel est le pH de chacune des solutions avant mélange?
2. Quel est le pH de la solution après mélange? Quelle est sa composition en chacune des espèces dissoutes? On donnera les résultats exprimés en mol.L-1.

Exercice II.9.

On mélange un volume V1 égal à 100 mL d'une solution aqueuse d'hydroxyde de sodium de concentration C1 égale à 0.001 mol.L-1 avec un volume V2 égal à 50 mL d'une solution aqueuse d'ammoniaque de concentration C2 égale à 0.01 mol.L-1.
1. Quel est le pH de chacune des solutions avant mélange?
2. Quel est le pH de la solution obtenue après mélange? Quelle est sa composition, exprimée en mol.L-1, en chacune des espèces dissoutes?

Exercice II.10.

On mélange 1 mL d'une solution très concentrée d'acide chlorhydrique de densité 1.16, à 32% en masse avec 999 mL d'eau, bref on dit alors qu'on étend la solution à 1L.
1. Quel est le pH de la solution?

2. On rajoute à 300 mL de la solution diluée précédente 100 mL d'une solution d'acide chlorhydrique de concentration C égale à 0.05 mol.L-1.
Quel est le pH de la solution après mélange?

Exercice II.11.

On dilue 1 mL d'une solution d'acide sulfurique de densité 1.84 et de pourcentage massique égal à 98% dans 999 mL d'eau.
1. Indiquer quelles précautions il faut rigoureusement prendre lorsqu'on manipule l'acide sulfurique. Est-ce que l'on verse l'acide sur l'eau ou l'eau sur l'acide? Dire pourquoi.
Doit-on refroidir ou chauffer la solution lors de la dilution?
Doit-on protéger ses yeux?
2. Quelle sera la concentration de la solution après dilution de l'acide concentré?
3. Quel sera le pH de la solution obtenue dans les deux cas suivants:
premier cas: on considère que l'acide sulfurique est un diacide fort totalement dissocié.
deuxième cas: on considère que l'acide sulfurique n'est fort que pour sa première acidité et qu'il est faible pour la seconde, puisque le pKa du couple HSO4-/SO42- est égal à 2.00.

Exercice II.12.

On dissout 3.00 g de cristaux d'acide oxalique dihydraté (HO2C-CO2H , 2H2O) dans 500 mL d' eau.
1. Quelle est la concentration, exprimée en mol.L-1, de la solution préparée?
2. Quel est le pH de la solution?

Exercice II.13.

On dissout 3.00 g de carbonate de sodium Na2CO3 dans 500 mL d'eau.
1. Quelle est la concentration, exprimée en mol.L-1, de la solution?
2. Quel est le pH de la solution obtenue?

Chapitre III. Les sels et les hydrogénosels.

Exercice III.1.

On veut préparer 3.9 g de chlorure de sodium, de formule NaCl.
1. Dire quels sont les deux réactifs qu'il faut mélanger pour donner naissance à ce composé.
2. Indiquer un mode opératoire, à votre entière convenance (plusieurs solutions sont possibles), afin de parvenir au résultat. On posera comme contrainte que le volume de chacune des solutions fera au minimum 50 mL et au maximum 200 mL.
On traitera le cas où l'on doit premièrement dissoudre des cristaux anhydres de soude, de formule NaOH et, deuxièmement, diluer une solution d'acide chlorhydrique à 32% en masse, de densité 1.16.

Exercice III.2.

Même exercice que le précédent mais cette fois on veut préparer 1.42 g de sulfate de potassium.
On pourra se servir de solutions de concentrations diverses, notamment préparer le sel à partir d'une solution diluée d'acide sulfurique confectionnée à partir d'une solution à 98% en masse et de densité 1.84. La potasse KOH est cristallisée sous forme de cristaux anhydres.

Exercice III.3.

On dispose d'une solution aqueuse d'acide bromhydrique de formule H3O+ + Br- de concentration C égale à 0.100 mol.L-1 et de volume V égal à 100 mL.
1. Quel volume V' de solution aqueuse d'hydroxyde de potassium de concentration C' égale à 0.08 mol.L-1 faut-il verser pour salifier cet acide? Ecrire sous forme ionique l'équation chimique de salification.
2. Comment s'appelle le sel obtenu?
3. Quelle masse de sel obtient-on si on laisse évaporer l'eau résiduelle?
4. Quel est le pH de la solution avant évaporation de l'eau?

Exercice III.4.

On dispose d'une solution aqueuse d'ammoniaque de concentration C égale à 0.025 mol.L-1 et de volume V égal à 250 mL.
1. Quel volume de solution aqueuse d'acide chlorhydrique de concentration C' égale à 0.020 mol.L-1 faut-il utiliser pour salifier complètement l'ammoniaque? Ecrire la réaction de salification sous la forme ionique.
2. Comment s'appelle le sel obtenu?
3. Quelle masse de sel a t-on obtenue si on laisse évaporer l'eau résiduelle?
4. Quel est le pH de la solution avant évaporation de l'eau?

Exercice III.5.

On dispose d'une solution aqueuse d'acide méthanoïque de concentration C égale à 0.12 mol.L-1 et de volume V égal à 200 mL.
1. Quel volume de solution aqueuse d'hydroxyde de potassium de concentration C' égale à 0.08 mol.L-1 doit-on verser dessus  afin de salifier complètement cet acide? Ecrire la réaction de salification sous sa forme ionique.
2. Comment s'appelle le sel obtenu?
3. Quelle masse de sel obtient-on si on laissait évaporer l'eau résiduelle?
4. Quel est le pH de la solution avant évaporation de l'eau?

Exercice III.6.

On dispose d'une solution aqueuse d'acide phosphorique de concentration C égale à 0.14 mol.L-1 et de volume V égal à 250 mL.
1. Quel volume de solution aqueuse d'hydroxyde de sodium de concentration C' égale à 0.20 mol.L-1 doit-on utiliser pour obtenir une solution aqueuse de dihydrogénophosphate de sodium? Ecrire la réaction chimique de salification qui a lieu.
2.  Comment peut-on qualifier le "sel" obtenu?
3. Quelle masse de "sel" obtient-on si on laissait évaporer l'eau résiduelle?
4. Quel est le pH de la solution avant évaporation de l'eau?

Exercice III.7.

On dispose d'une solution aqueuse de carbonate de sodium de concentration C égale à 0.15 mol.L-1 et de volume V égal à 200 mL.
1. Quel volume de solution aqueuse d'acide chlorhydrique de concentration C' égale à 0.20 mol.L-1 doit-on utiliser pour obtenir une solution aqueuse contenant en quantités égales de l'hydrogénocarbonate de sodium et du chlorure de sodium?  Ecrire la réaction chimique qui a lieu.
2. Quelle masse d'hydrogénocarbonate de sodium et quelle masse de chlorure de sodium  obtient-on si on laisse évaporer l'eau résiduelle?
3. Quel serait le pH de la solution avant évaporation de l'eau?

Chapitre IV. Les courbes de dosage.

Exercice IV.1.

On dispose d'une solution aqueuse d'acide chlorhydrique de volume V égal à 100 mL et de concentration égale à 0,08 mol.L-1.
1. Calculer les valeurs des pH en fonction de V, mL par mL, V désignant le volume de solution aqueuse d'hydroxyde de sodium de concentration égale à 0.20 mol.L-1 qu'on verse dans la solution. On calculera notamment les pH pour les valeurs caractéristiques V = 0, V = 0.5.Ve, V = Ve, V = 2.Ve.
2. Tracer la courbe de dosage pH = f (V).
3. Calculer la masse m de sel, dont on donnera la formule chimique, qu'on peut recueillir à V = Ve, lorsqu'on laisse évaporer l'eau résiduelle...

Exercice IV.2.

On dispose d'une solution aqueuse d' hydroxyde de sodium de volume V égal à 100 mL et de concentration égale à 0.08 mol.L-1.
1. Calculer les valeurs des pH en fonction de V, mL par mL, V désignant le volume de solution aqueuse d'acide chlorhydrique de concentration égale à 0.20 mol.L-1 qu'on verse dans la solution. On calculera notamment les valeurs des pH pour les valeurs caractéristiques V = 0, V = 0.5.Ve, V = Ve, V = 2.Ve.
2. Tracer la courbe de dosage pH = f (V).
3. Calculer la masse m de sel, dont on donnera la formule, qu'on peut recueillir à V = Ve, lorsqu'on laisse évaporer l'eau résiduelle.

Exercice IV.3.

On dispose d'une solution d'acide chlorhydrique de volume V égal à 100 mL et de concentration égale à 0.08 mol.L-1.
On ajoute à cette solution 0.2 g de cristaux de soude, sans qu'il y ait d'augmentation du volume de la solution.
1. Quel est le pH de la solution après ajout des cristaux de soude?
2. Quelle est la composition de la solution?
3. Quel volume  de solution aqueuse d'hydroxyde de sodium de concentration égale à 0.3 mol.L-1 faudrait-il ajouter aux 0.2 g de cristaux de soude afin de neutraliser la solution d'acide chlorhydrique?

Exercice IV.4.

On dispose d'une solution d'acide méthanoïque de volume V égal à 100 mL et de concentration égale à 0.08 mol.L-1.
1. Calculer les valeurs, mL par mL,  des pH de la courbe pH = f (V) lorsqu'on verse un volume V d'une solution d'hydroxyde de potassium de concentration égale à 0.20 mol.L-1 dans les 100 mL de solution d'acide méthanoïque.
2. Tracer la courbe pH = f (V).
3. Quelle masse de sel m peut-on espérer obtenir après évaporation de l'eau résiduelle lorsqu'on se situe à l'équivalence?

Exercice IV.5.

On dispose d'une solution aqueuse d'hydroxyde de sodium de volume V égal à 100 mL et de concentration égale à 0.08 mol.L-1.
1. Calculer les valeurs, mL par mL, des pH de la courbe pH = f (V) lorsqu'on verse un volume V d'une solution d'acide méthanoïque de concentration égale à 0.20 mol.L-1.
2. Tracer la courbe pH = f (V).

Exercice IV.6.

On dispose d'une solution aqueuse d'ammoniaque de concentration égale à 0.08 mol.L-1 et de volume V égal à 100 mL.
1. Calculer les valeurs, mL par mL, des pH de la courbe pH = f (V) lorsqu'on verse un volume V d'une solution d'acide chlorhydrique de concentration égale à 0.20 mol.L-1.
2. Tracer la courbe pH = f (V).
3. Quelle masse m de sel, dont on donnera la formule, peut-on espérer recueillir lorsqu'on aura évaporé l'eau et qu'on se situera à l'équivalence?

Exercice IV.7.

On dispose d'une solution d'acide chlorhydrique de volume V égal à 100 mL et de concentration égale à 0.08 mol.L-1.
1. Calculer les valeurs, mL par mL, des pH de la courbe pH = f (V) lorsqu'on verse un volume V d'une solution aqueuse d'ammoniaque de concentration égale à 0.20 mol.L-1.
2. Tracer la courbe pH = f (V).

Exercice IV.8.

On dispose d'une solution aqueuse d'acide sulfurique de volume V égal à 100 mL et de concentration égale à 0.08 mol.L-1.
1. Calculer les valeurs, mL par mL, des pH de la courbe pH = f (V) lorsqu'un volume V d'une solution aqueuse d'hydroxyde de sodium de concentration égale à 0.20 mol.L-1 est ajouté à la solution.
2. Tracer la courbe pH = f (V).
3. Quelle masse m de sel, dont on précisera la formule, est obtenue lorsqu'on a neutralisé complètement l'acide sulfurique et qu'on a évaporé l'eau résiduelle contenue dans la solution?
4. Reprendre les calculs de pH en considérant cette fois que l'acide sulfurique se comporte comme un véritable diacide fort, c'est à dire qu'il n'existe pas de pKa pour la seconde acidité. Tracer la courbe correspondante. Conclusion.

Exercice IV.9.

On dispose d'une solution aqueuse d'acide sulfhydrique H2S de concentration égale à 0.08 mol.L-1 et de volume V égal à 100 mL.
1. Calculer les pH, mL par mL,  de la courbe pH = f (V) lorsqu'on verse dans la solution précédente un volume V de solution aqueuse d'hydroxyde de sodium de concentration égale à 0.20 mol.L-1.
2. Tracer la courbe de pH en fonction du volume V de soude versée.
3. Quelle masse de sel, dont on aura donné la formule chimique, peut-on espérer obtenir lorsqu'on aura complètement neutralisé l'acide sulfhydrique?
4. Est-ce que l'acide sulfhydrique sent bon?
Si jamais quelqu'un répond "oui" je ne réponds plus de rien!!! (rires)...

Exercice IV.10.

On dispose d'une solution aqueuse de sulfure de disodium, plus communément appelé sulfure de sodium, de volume V égal à 100 mL et de concentration égale à 0.08 mol.L-1.
1. Calculer les pH, mL par mL, de la courbe pH = f (V) lorsqu'on verse un volume V de solution aqueuse d'acide chlorhydrique dans la solution, acide chlorhydrique  de concentration égale à 0.20 mol.L-1.
2. Tracer la courbe pH = f (V).

Exercice IV.11.

On dispose d'une solution aqueuse d'acide oxalique de volume égal à 100 mL et de concentration égale à 0.08 mol.L-1.
1. Calculer les pH, mL par mL, de la courbe de dosage pH = f (V) lorsqu'on verse dans la solution un volume V de solution aqueuse d'hydroxyde de sodium de concentration égale à 0.20 mol.L-1.
2. Tracer la courbe pH = f (V).
3. Quelle masse de sel peut-on espérer obtenir lorsqu'on a complètement neutralisé l'acide oxalique et qu'on a évaporé l'eau résiduelle?

Exercice IV.12.

On dispose d'une solution aqueuse d'oxalate de disodium, plus communément appelé oxalate de sodium, de volume V égal à 100 mL et de concentration égale à 0.08 mol.L-1.
1. Calculer les pH, mL par mL, de la courbe de dosage pH = f (V) lorsqu'on verse un volume V de solution aqueuse d'acide chlorhydrique de concentration égale à 0.20 mol.L-1 dans la solution.
2. Tracer la courbe pH = f (V).

Exercice IV.13.

On dispose d'une solution aqueuse d'acide phosphorique de concentration égale à 0.08 mol.L-1 et de volume V égal à 100 mL.
1. Calculer les pH, mL par mL, de la courbe de dosage pH = f (V) lorsqu'on verse un volume V de solution aqueuse d'hydroxyde de sodium de concentration égale à 0.20 mol.L-1 dans la solution.
2. Tracer la courbe pH = f (V).
3. Quelle masse de sel peut-on espérer obtenir lorsqu'on a neutralisé complètement la solution aqueuse d'acide phosphorique et qu'on a évaporé l'eau résiduelle?

Exercice IV.14.

On dispose d'une solution aqueuse de phosphate de trisodium, plus communément appelé phosphate de sodium, de volume V égal à 100 mL et de concentration égale à 0.08 mol.L-1.
1. Calculer, mL par mL, le pH de la solution précédente lorsqu'on verse un volume V de solution aqueuse d'acide chlorhydrique de concentration égale à 0.20 mol.L-1.
2. Tracer la courbe de dosage, pH = f (V).

Exercice IV.15.

On dispose d'une solution aqueuse d'acide citrique, de concentration égale à 0.08 mol.L-1 et de volume V égal à 100 mL.
1. Calculer, mL par mL, le pH de la solution lorsqu'on verse un volume V de solution aqueuse d'hydroxyde de sodium de concentration égale à 0.20 mol.L-1.
2. Tracer la courbe donnant le  pH en fonction de V.
3. Quelle masse de sel peut-on espérer obtenir lorsqu'on a complètement neutralisé l'acide citrique et qu'on a évaporé l'eau résiduelle?

Exercice IV.16.

On dispose d'une solution aqueuse de citrate de trisodium, plus communément appelé citrate de sodium, de volume égal à 100 mL et de concentration égale à 0.08 mol.L-1.
1. Calculer le pH, mL par mL, de la solution précédente, lorsqu'on verse un volume V de solution aqueuse d'acide chlorhydrique de concentration égale à 0.20 mol.L-1 dans la solution.
2. Tracer la courbe pH = f (V).

Exercice IV.17.

On dispose d'une solution aqueuse de soude carbonatée. Le volume de la solution est de 100 mL. La concentration de la soude est de 0.08 mol.L-1 et la concentration du carbonate de sodium est égale à 0.04 mol.L-1.
1. Calculer le pH, mL par mL, de la solution précédente, lorsqu'on verse un volume V de solution aqueuse d'acide chlorhydrique de concentration égale à 0.20 mol.L-1.
2. Tracer la courbe donnant le pH en fonction de V.

Exercice IV.18.

On dispose d'une solution de soude carbonatée de volume égal à 100 mL. La concentration de la soude est de 0.100 mol.L-1.
Il faut un volume V, égal à 70 mL, d'une solution aqueuse d'acide chlorhydrique,  de concentration égale à 0.25 mol.L-1,  pour neutraliser complètement la solution (attention le pH ne sera pas égal à 7.00 pour autant à ce moment là!!!).
Quelle est la concentration en carbonate de sodium dans la soude carbonatée?

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