Chimie des eaux

Gaz qui réagissent dans l'eau

Exemple: le dioxyde de carbone CO2


Exemple: le dioxyde de soufre SO2


Exemple: le trioxyde de soufre SO3


Exemple: le sulfure d'hydrogène H2S


Exemple: l'ammoniac NH3


Illustration

i.1
Calculez le pH d'une eau initialement pure en équilibre avec l'atmosphère terrestre. L'air non-pollué contient essentiellement O2, N2 et CO2, ce dernier à une pression de 3.5×10-4 atm. 5.6


Diagrammes pC-pH

Pour un diacide H2A, on peut construire un diagramme pC-pH car les constantes d'acidité permettent calculer la concentration de chacune des espèces en solution à partir du pH:

[H3O+(aq] ⇒ [A2-(aq] ⇒ [HA-(aq] ⇒ [H2A (aq)]

La constante de Henry thermodynamique permet d'ajouter la courbe pour la concentration du diacide dans le gaz:

[H2A (aq)] ⇒ [H2A (g)]

Cependant, il faut maintenant utiliser le nombre de moles (et non la concentration) dans l'équation de conservation de la matière:

ntotal = Veau[A2-(aq] + Veau[HA-(aq] + Veau[H2A (aq)] + Vair[H2A (g)]

et le diagramme dépend des volumes d'air et d'eau.

Si le système est ouvert, par exemple dans un équilibre entre l'atmosphère et l'eau d'un lac par exemple, on ne peut pas écrire de conservation de la matière mais on peut considèrer que [H2A (g)] est constant, indépendant du pH, puisqu'on en a un réservoir infini.

Illustration

i.2
On s'intéresse à l'équilibre entre le dioxyde de soufre gazeux et les solutions aqueuses d'acide sulfureux. La constante de Henry thermodynamique est égale à 1.25.

On peut obtenir l'équilibre à partir d'eau pure et de l'air contenant initialement 0.001 atm de SO2 (g).
  1. Déterminez le pH de la solution aqueuse lorsque le système est ouvert (Vair ≫ Veau);
  2. Déterminez le pH de la solution aqueuse lorsque le volume d'air est 10 fois plus grand que le volume d'eau;
  3. Déterminez le pH de la solution aqueuse lorsque le volume d'eau est 10 fois plus grand que le volume d'air.
  4. On perd accidentellement la légende des trois diagrammes pC-pH. Expliquez comment on peut malgré tout attribuer chaque diagramme à une des trois situations précédentes.

    On peut aussi obtenir l'équilibre à partir d'air initialement pur et une solution contenant SO2 sous une forme ou l'autre.
  5. Montrez que le diagramme pC-pH de la question b représente aussi un système dans lequel on a encore Vair=10Veau mais SO2 est introduit en dissolvant 3.98×10-4 M de Na2SO3;
  6. Quel est alors le pH de la solution?
a) 2.4; b) 3.4; c) 5.4; f) 8.9
fichier Excel Fichier Excel pour construire pC-pH
Démonstration des équations de concentrations des espèces en solution


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