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Problème 2

L'ammoniac anhydre est un carburant propre à forte densité d'énergie. Dans un récipient à volume fixe, NHX3\ce{NH3} gazeux brûle selon 4 NHX3(g)+3 OX2(g)→2 NX2(g)+6 HX2O(l)\ce{4NH3(g) + 3O2(g) -> 2N2(g) + 6H2O(l)} ; les états initial et final sont à 298 K et après combustion de 14.40 g de OX2\ce{O2} il reste du NHX3\ce{NH3} (ΔfH∘(NHX3(g))=−46.11\Delta_fH^{\circ}(\ce{NH3(g)}) = -46.11 kJ mol−1^{-1}, ΔfH∘(HX2O(l))=−285.83\Delta_fH^{\circ}(\ce{H2O(l)}) = -285.83 kJ mol−1^{-1}). (a) Calculer la chaleur dégagée. (b) Pour doser le NHX3\ce{NH3} dissous, on ajoute 10.00 cm3^3 de la solution aqueuse à 15.0 cm3^3 de HX2SOX4\ce{H2SO4} (c=0.0100c = 0.0100 mol dm−3^{-3}) puis on titre en retour avec NaOH (c=0.0200c = 0.0200 mol dm−3^{-3}), équivalence à 10.64 cm3^3 (Kb(NHX3)=1.8×10−5K_b(\ce{NH3}) = 1.8 \times 10^{-5} ; Ka(HSOX4X−)=1.1×10−2K_a(\ce{HSO4-}) = 1.1 \times 10^{-2}). Calculer le pH de la solution dans le récipient. (c) À l'équivalence, NHX4X+\ce{NH4+} et SOX4X2−\ce{SO4^{2-}} sont présents ; écrire les équilibres pertinents et prédire si le pH d'équivalence est supérieur, inférieur ou égal à 7.
Étape 2 sur 4 : Dosage de l'ammoniac en retour
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n(NHX3)=2 [n(HX2SOX4)tot−12n(NaOH)]=2 [0.150−12(0.2128)]=0.0872 mmol;c=8.72×10−3 mol dm−3n(\ce{NH3}) = 2\,[n(\ce{H2SO4})_{tot} - \tfrac{1}{2}n(\ce{NaOH})] = 2\,[0.150 - \tfrac{1}{2}(0.2128)] = 0.0872\ \text{mmol};\quad c = 8.72 \times 10^{-3}\ \text{mol dm}^{-3}
Analyse

Acide en excès : n(HX2SOX4)=0.150n(\ce{H2SO4}) = 0.150 mmol ; NaOH utilisé =0.01064×0.0200=0.2128= 0.01064 \times 0.0200 = 0.2128 mmol neutralise 12(0.2128)=0.1064\tfrac{1}{2}(0.2128) = 0.1064 mmol de HX2SOX4\ce{H2SO4}, laissant 0.0436 mmol ayant réagi avec NHX3\ce{NH3}, soit 0.0872 mmol de NHX3\ce{NH3} dans 10.00 cm3^3.