L'énoncé
En industrie, on dissout une masse de 13,8 g de chlorure d’hydroxylammonium $NH_3OHCl$ dans un volume d’eau. La réaction de dissolution est totale et le volume après dissolution est égal à 22 L. La solution aqueuse obtenue de chlorure d’hydroxylammonium $ (NH_3OH^+ + Cl^-) $ de concentration molaire C a un pH voisin de 4,2. La masse molaire moléculaire du chlorure d’hydroxylammonium $NH_3OHCl(s) $ est $69 g.mol^1$.
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Question 1
La concentration en ions $H_3O^+$ est :
$10^{4} mol.L^{-1}$
$10^{-4} mol.L^{-1}$
$10^{8} mol.L^{-1}$
$10^{-8} mol.L^{-1}$
Question 2
La base conjuguée de l’ion hydroxylammonium est :
$NH_2OH$
On enlève un $H^+$ à la formule de l’ion hydroxylammonium $NH_3OH^+$ pour obtenir la base conjuguée : on a donc $NH_2OH$.
$NH_2OH^-$
$NH_2OH^+$
$NH_4OH^{2+}$
Question 3
La transformation entre l’ion hydroxylammonium et l’eau est :
Totale
Partielle
On a : $C = \dfrac{n}{V} = \dfrac{\dfrac{m}{M}}{V} = \dfrac{\dfrac{13,8}{69}}{22} = 9\times 10^{-3} mol.L^{-1}$
Si la réaction était totale, on aurait : $[H_3O^+] = 9\times 10^{-3}$ et donc $pH = 2$. Or ici le pH est voisin de 4,2 donc la réaction n'est pas totale mais partielle.
Effectuer le tableau d'avancement si besoin et calculer la concentration C.
Comparer la valeur de C à celle de la concentration en ions $H_3O^+$.
Question 4
Le pKa du couple (ion hydroxylammonium/hydroxylamine) est :
5,4
6,4
On a : $pH = pKa + log(\dfrac{[NH_2OH]_{éq}}{[NH_3OH^+}]_{éq})$ et $[NH_2OH]_{éq} = [H_3O^+]_{éq} = 10^{-4,2} mol.L^{-1}$
Donc : $pKa = pH - log(\dfrac{[NH_2OH]_{éq}}{[NH_3OH^+]}_{éq}) = 4,2 - log(\dfrac{10^{-4,2}}{10^{-2} - 10^{-4,2}}) = 6,4$
7,4
8,4
Ecrire la réaction mise en jeu dans la solution et la constante d'acidité $Ka$ correspondante.
Retrouver l'expression mettant en lien pH, pKa et les concentrations en acide et en base conjuguée.
Question 5
Dans une solution où le couple $NH_4^+ / NH_3$ ($pKa = 9,1$) est présent seul, où $\dfrac{[NH_4^+]}{NH_3} = 0,2$, la concentration en $H_3O^+$ est de l'ordre de :
$10^{-7} mol.L^{-1}$
$10^{-8} mol.L^{-1}$
$10^{-9} mol.L^{-1}$
$10^{-10} mol.L^{-1}$
On a : $pH = pKa + log(\dfrac{[NH_3]}{[NH_4^+]} = 9,1 + log(\dfrac{1}{0,2}) = 9,1 - log(0,2) = 9,79$
Donc : $[H_3O^+] = 10^{-pH } = 10^{-9,79} = 1,6.10^{-10} mol.L^{-1}$.
Appliquer la même méthode qu'en 4.
L'expression est : $[H_3O^+] = 10^{-pH} = 10^{-4} mol.L^{-1}$.