Chimie 5:
Chimie des solutions
Calcul de pH
pH des polyacides et polybases
l’acide phosphorique

1. pH de l’acide phosphorique

Soit une solution d’acide phosphorique à C = 0.5 mol.L-1.

Les trois acidités ont pour constante d’acidité : pKa1 = 2.1 ; pKa2 = 7.2 et pKa1 = 12.4.

Voici le diagramme de prédominance et les et les espèces chimiques présentes:



L’acide le plus fort en solution, l’acide phosphorique, réagit avec la base la plus forte présente, l’eau :

H₃PO₄ + H₂O H₂PO₄^- + H₃O⁺

La constante de réaction est : K = Ka1 = 10^-2,1.

C’est une réaction déplacée dans le sens de la formation de la forme acide.

On en déduit que la forme majoritaire sera H3PO4. On calcule pKa - pC = 1.1 < 2. L’acide est effectivement moyennement dissocié. Comme pKa - pC est compris entre -1 et 2, on doit résoudre : y² + Ka1.y - C.Ka1 = 0 Pour établir cette relation , on part des concentrations à l’état d’équilibre :

H₃PO₄ + H₂O H₂PO₄^- + H₃O⁺

E.I.	C	-	0	0
E.C.	- y	-	y	y
E.E.	C - y	-	y	y

Par définition:

Ka = y x y /(C - y)

Ka = y²/(C - y)

Sachant que : Ka1 = [H₂PO₄^-].[H₃O⁺] / [H₃PO₄], on en déduit que : Ka1 = y² / (C - y), d’où l’équation du second degré.

y² + Ka1.y - C.Ka1 = 0

y² + 2.1 y - 0.5 x 2.1 = 0
y² + 2.1 y - 1.05 = 0

y = 0.42

D'où pH = 0.38.

2. Calcul des concentrations

Voici les 3 réactons simultanées:

H₃PO₄ + H₂O H₂PO₄^- + H₃O⁺

H₂PO₄^- + H₂O HPO₄^2- + H₃O⁺

HPO₄^2- + H₂O PO₄^3- + H₃O⁺

• Calcul des concentrations en M :

[H₃PO₄] = 0.5 - 0.42 = 0.08
[H₂PO₄^-] = y = 0.42
[HPO₄^2-] = Ka2 y/y = Ka2 = 6.2 x 10^-8
[PO₄^3-] = Ka3 [HPO₄^2-]/y = 1.54 x x 10^-19