Exercice III. L'eau distillée et son pH (4 points)

Antilles Guyane 2009 EXERCICE III. L'EAU DISTILLÉE ET SON pH ( 4 points)
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1. pH de l'eau pure à 25°C

1.1. autoprotolyse de l'eau : 2H2O([pic]) = H3O+ + HO-(aq)

1.2. Ke = [H3O+]éq . [HO-(aq)]éq.
Cette constante d'équilibre est appelée produit ionique de l'eau.

1.3.1. Ke = 1,0(10-7 ( 1,0(10-7 = 1,0(10-14

1.3.2. pH = - log[H3O+]éq
pH = - log (1,0(10-7) = 7,0

2. Eau distillée laissée à l'air libre

2.1. Les couples acido-basiques mis en jeu sont : Couple 1 : CO2,H2O / HCO3-
(aq)
et Couple 2 : H3O+ / H2O([pic])
2.2. KA = [pic]
2.3. pKA = - logKA = - log [pic] log(a.b) = log a + log b
pKA = - log [H3O+]éq - log [pic]
pKA = pH - log [pic]
pH = pKA + log [pic] relation (1)
2.4. D'après la relation 1, log [pic] = pH - pKA
[pic] = 10pH-pKA
[pic] = 10(5,7 - 6,4) = 10 -0,7 = 0,20
[pic] < 1, donc [HCO3-(aq)]éq < [CO2,H2O], ainsi l'espèce CO2,H2O prédomine
sur HCO3-.
2.5. Diagramme de prédominance :





2.6. Tableau d'avancement
2.6.1.
|Équation de la réaction | CO2,H2O + H2O([pic]) = HCO3-(aq) +|
| |H3O+ |
|État du système |Avancement | |
|chimique |(mol) | |
|État initial |0 |c.V |solvant |0 |0 |
|(mol) | | | | | |
|État intermédiaire |x |c.V - x |solvant |x |x |
|(mol) | | | | | |
|État final (à |xéq |c.V - xéq |solvant |xéq |xéq |
|l'équilibre) | | | | | |
|(mol) | | | | | |


2.6.2. D'après l'équation chimique [HCO3-(aq)]éq = [H3O+]éq
Or [H3O+] = 10-pH
ainsi [HCO3-(aq)]éq = 10-5,7 = 2,0(10-6 mol.L-1

2.6.3. D'après 2.2. KA = [pic]
avec [HCO3-(aq)]éq = [H3O+]éq = 10-pH, il vient KA = [pic] donc [CO2,H2O]éq
= [pic].
Enfin KA = 10-pKA, soit [CO2,H2O]éq = [pic]
[CO2,H2O]éq = 10(6,4 -2(5,7) = 10-5,0 = 1,0(10-5 mol.L-1

2.6.4. [CO2,H2O]éq = [pic] = c - [H3O+]éq = c - 10-pH
c = [CO2,H2O]éq + 10-pH
c = 1,0(10-5 + 10-5,7 = 1,2(10-5 mol.L-1

3. Influence de la composition atmosphérique
3.1. [pic] = [pic](1,013(105 = 38,494 = 38 Pa avec deux chiffres
significatifs.
3.2. [CO2,H2O]éq = k. [pic]
[CO2,H2O]éq = 3,4(10-7 ( 38,494 = 1,3(10-5 mol.L-1
3.3. En 2.6.3., on a trouvé au laboratoire [CO2,H2O]éq = 1,0(10-5 mol.L-1
donc une concentration plus faible en dioxyde de carbone que celle obtenue
avec de l'air à 0,038 % de CO2.
[CO2,H2O]éq est proportionnelle au pourcentage en dioxyde de carbone.
Ainsi l'air du laboratoire possède un pourcentage en dioxyde de carbone
plus petit que 0,038 %
-----------------------
pH

pKA

6,4

CO2,H2O

HCO3-