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Quel volume d’une solution d’acide sulfurique à 0,5 molaire neutraliserait complètement 125 millilitres d’hydroxyde de sodium à 0,1 molaire ?
Pour répondre à cette question, nous devons utiliser le volume et la concentration d’hydroxyde de sodium donnés ainsi que la concentration d’acide sulfurique afin de déterminer le volume d’acide sulfurique nécessaire pour neutraliser complètement la solution d’hydroxyde de sodium. Ce problème peut être résolu en une série d’étapes. Afin de relier entre elles deux substances différentes impliquées dans une réaction chimique, nous aurons besoin de connaître le nombre de moles de l’une des substances et leur rapport molaire. Comme la question nous fournit deux informations sur l’hydroxyde de sodium et une seule information sur l’acide sulfurique, nous allons commencer par déterminer le nombre de moles d’hydroxyde de sodium contenues dans 125 millilitres d’une solution à 0,1 molaire.
Pour ce faire, nous allons utiliser l’équation 𝑛 égale C𝑉, où 𝑛 représente la quantité en moles, C est la concentration en moles par litre et 𝑉 est le volume en litres. On nous donne la concentration de l’hydroxyde de sodium en molaire, qui est la même que la concentration en moles par litre. Le volume est donné en millilitres. Mais pour utiliser l’équation, le volume doit être en litres. Un litre équivaut à 1 000 millilitres. Nous pouvons convertir 125 millilitres en litres en multipliant par un litre et en divisant par 1 000 millilitres. Les unités millilitres s’annulent et nous obtenons une valeur de 0,125 litre.
Maintenant, nous pouvons déterminer le nombre de moles d’hydroxyde de sodium. Les unités litres s’annulent et nous obtenons une valeur de 0,0125 mole. Maintenant que nous connaissons le nombre de moles d’hydroxyde de sodium, nous devons connaître le rapport molaire entre l’hydroxyde de sodium et l’acide sulfurique. Nous devrons donc écrire une équation chimique équilibrée. La formule chimique de l’acide sulfurique est H2SO4 et la formule chimique de l’hydroxyde de sodium est NaOH.
Lorsque l’acide sulfurique, un acide fort, réagit avec l’hydroxyde de sodium, une base forte, un sel et de l’eau sont produits. L’eau est produite à partir d’un ion hydrogène provenant de l’acide et d’un ion hydroxyde provenant de la base. Cela signifie que le sel doit être formé lorsque l’ion sulfate de l’acide se combine avec l’ion sodium de la base. Les ions sodium ont une charge de un plus, tandis que les ions sulfate ont une charge de deux moins. Pour que le composé ait une charge globale neutre, il doit y avoir deux ions sodium pour chaque ion sulfate.
Nous avons écrit les produits de cette équation chimique, mais l’équation n’est pas équilibrée. Nous voyons qu’il y a deux atomes de sodium côté produit et un seul atome de sodium côté réactif. Nous devrons donc placer un coefficient deux devant l’hydroxyde de sodium. Avec ce coefficient en place, nous pouvons voir qu’il y a quatre atomes d’hydrogène côté réactif et seulement deux atomes d’hydrogène côté produit. Nous devrons donc placer un coefficient deux devant l’eau.
Maintenant que nous avons une équation chimique équilibrée, nous pouvons voir que le rapport molaire de l’acide sulfurique à l’hydroxyde de sodium est de un à deux. Nous pouvons utiliser un rapport plus petit pour calculer le nombre de moles d’acide sulfurique à partir du nombre de moles d’hydroxyde de sodium. La réaction met en jeu 0,0125 mole d’hydroxyde de sodium. Nous pouvons multiplier cette valeur par le rapport molaire écrit sous la forme d’une fraction avec des moles d’hydroxyde de sodium au dénominateur pour que les unités s’annulent. En effectuant le calcul, nous obtenons une valeur de 0,00625 mole d’acide sulfurique.
Maintenant, nous pouvons enfin calculer le volume d’acide sulfurique. Encore une fois, nous allons utiliser l’équation 𝑛 égale C𝑉. La concentration a été fournie dans la question, et nous venons de calculer le nombre de moles d’acide sulfurique. Nous pouvons donc remplacer ces valeurs dans l’équation. Pour trouver la solution pour le volume, nous devons diviser les deux côtés de l’équation par 0,5 moles par litre. Les unités moles s’annulent, nous laissant avec un volume en litres. Le calcul nous donne un volume de 0,0125 litres.
Comme la question ne spécifie pas d’unité, nous pourrions terminer le problème ici. Mais comme le volume d’hydroxyde de sodium a été donné en millilitres, il serait bien de donner notre réponse avec la même unité de volume. Comme un litre équivaut à 1 000 millilitres, nous pouvons multiplier notre volume en litres par 1 000 millilitres et diviser par un litre. Les unités litres s’annulent et nous obtenons une valeur de 12,5 millilitres.
Donc, le volume d’acide sulfurique à 0,5 molaire qui neutraliserait complètement 125 millilitres d’une solution d’hydroxyde de sodium à 0,1 molaire est de 12,5 millilitres.
