756 Chapitre 28
Réactions acido-basiques
Exercice 28.10 Une boisson gazeuse et acide
Une boisson au cola contient une grande quantité de CO 2 dissous, qui se libère sous forme de bulles
dès que la bouteille est ouverte. Le CO 2 dissous solvaté est l’acide carbonique H 2 CO 3 , un diacide
faible. La boisson contient aussi de l’acide phosphorique H 3 PO 4 , un triacide faible. Celui-ci permet
d’obtenir pH = 2,6. Les pK a des différents couples acide/base sont donnés ci-dessous :
H 2 CO 3 /HCO
–
3
6,4
HCO
–
3 /CO
2–
3
10,3
H 3 PO 4 /H 2 PO
–
4
2,2
H 2 PO
–
4 /HPO
2–
4
7,2
HPO
–
4 /PO
3–
4
12,3
Afin de déterminer la concentration en acide
phosphorique de cette boisson par un dosage
acido-basique, on effectue tout d’abord un dégazage avec une pompe pour extraire le CO 2
dissous. On prélève un volume v 1 = 10 mL de la
boisson que l’on complète avec assez d’eau pour
que les deux électrodes de mesure du pH soient
immergées. Le dosage est fait avec une solution
d’hydroxyde de sodium NaOH (base forte) de
concentration c = 0,010 mol · L
−1 . La figure cicontre montre le pH en fonction du volume v
de soude versée.
0
5
10
15
20
v (mL)
0
2
4
6
8
10
12
14
pH
pK1 = 2,20
pK2 = 7,20
pK3 = 12,30
5,6 mL
12,9 mL
Le dosage consiste à déterminer la concentration c 1 d’acide phosphorique introduite par le fabricant
dans la boisson. On utilise pour cela le saut de pH ayant lieu pour v eq = 5,6 mL, qui correspond
au dosage de la première acidité de H 3 PO 4 .
On donne le produit ionique de l’eau [H 3 O
+
][OH
– ] = K e = 10
−14,0 .
1. Écrire la réaction de H 3 PO 4 avec H 2 O.
2. Écrire la réaction de OH
– avec H 3 PO 4 et calculer sa constante d’équilibre.
3. Écrire la réaction de OH
– avec H 3 O
+ et calculer sa constante d’équilibre.
4. Justifier la proposition suivante : le nombre de moles de OH
– introduits pour v = v eq est égal au
nombre de moles de H 3 PO 4 initialement présents dans le volume v 1 , avant réaction de H 3 PO 4
avec l’eau. En déduire que la réaction écrite en 2. permet de résumer le bilan de matière.
5. Déterminer la concentration c 1 .
6. Calculer les concentrations en H 3 PO 4 et en H 2 PO
–
4 dans la boisson (pH = 2,6).
7. Expliquer pourquoi le pH acide apporté par l’acide phosphorique permet d’assurer la présence
de bulles de CO 2 .
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Réactions acido-basiques
Exercice 28.10 Une boisson gazeuse et acide
Une boisson au cola contient une grande quantité de CO 2 dissous, qui se libère sous forme de bulles
dès que la bouteille est ouverte. Le CO 2 dissous solvaté est l’acide carbonique H 2 CO 3 , un diacide
faible. La boisson contient aussi de l’acide phosphorique H 3 PO 4 , un triacide faible. Celui-ci permet
d’obtenir pH = 2,6. Les pK a des différents couples acide/base sont donnés ci-dessous :
H 2 CO 3 /HCO
–
3
6,4
HCO
–
3 /CO
2–
3
10,3
H 3 PO 4 /H 2 PO
–
4
2,2
H 2 PO
–
4 /HPO
2–
4
7,2
HPO
–
4 /PO
3–
4
12,3
Afin de déterminer la concentration en acide
phosphorique de cette boisson par un dosage
acido-basique, on effectue tout d’abord un dégazage avec une pompe pour extraire le CO 2
dissous. On prélève un volume v 1 = 10 mL de la
boisson que l’on complète avec assez d’eau pour
que les deux électrodes de mesure du pH soient
immergées. Le dosage est fait avec une solution
d’hydroxyde de sodium NaOH (base forte) de
concentration c = 0,010 mol · L
−1 . La figure cicontre montre le pH en fonction du volume v
de soude versée.
0
5
10
15
20
v (mL)
0
2
4
6
8
10
12
14
pH
pK1 = 2,20
pK2 = 7,20
pK3 = 12,30
5,6 mL
12,9 mL
Le dosage consiste à déterminer la concentration c 1 d’acide phosphorique introduite par le fabricant
dans la boisson. On utilise pour cela le saut de pH ayant lieu pour v eq = 5,6 mL, qui correspond
au dosage de la première acidité de H 3 PO 4 .
On donne le produit ionique de l’eau [H 3 O
+
][OH
– ] = K e = 10
−14,0 .
1. Écrire la réaction de H 3 PO 4 avec H 2 O.
2. Écrire la réaction de OH
– avec H 3 PO 4 et calculer sa constante d’équilibre.
3. Écrire la réaction de OH
– avec H 3 O
+ et calculer sa constante d’équilibre.
4. Justifier la proposition suivante : le nombre de moles de OH
– introduits pour v = v eq est égal au
nombre de moles de H 3 PO 4 initialement présents dans le volume v 1 , avant réaction de H 3 PO 4
avec l’eau. En déduire que la réaction écrite en 2. permet de résumer le bilan de matière.
5. Déterminer la concentration c 1 .
6. Calculer les concentrations en H 3 PO 4 et en H 2 PO
–
4 dans la boisson (pH = 2,6).
7. Expliquer pourquoi le pH acide apporté par l’acide phosphorique permet d’assurer la présence
de bulles de CO 2 .
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