Acides soufrés

L'acide sulfureux ${\text{H}}_2{\text{SO}}_3$ est un diacide faible, capable de perdre deux protons. Une solution d'acide sulfureux est préparée en faisant barboter du ${\text{SO}}_2\text{(g)}$ dans de l'eau selon la réaction d'équation :

La solution d'acide sulfureux obtenue est acide avec un $\text{pH}$ égal à $2,5$. Les solutions d'acide sulfureux sont couramment utilisées comme conservateurs alimentaires, dans les fruits secs par exemple.

• Couple acide-base ${\text{H}}_2{\text{SO}}_3(\text{aq})/{\text{HSO}}_3^{-}(\text{aq})$
• Constante d'acidité associée au couple précédent : $\text{p}{K}_{\text{A1}}=1,8$

1.1 Rappeler le terme employé pour qualifier une espèce pouvant à la fois être un acide et une base.

1.2 Utiliser le diagramme et le fait que le $\text{pH}$ est égal au $\text{p}{K}_{\text{A}}$ lorsque les concentrations sont égales.

1.3 Pour tracer un diagramme de prédomi- nance, il faut reporter les $\text{p}{K}_{\text{A}}$ des couples sur un axe de $\text{pH}$.

1.4 Comparer le $\text{pH}$ de la solution d'acide sulfureux au diagramme de prédominance.

La molécule d'acide sulfureux n'est pas stable dans l'eau et conduit à la formation d'ions, dont ${\text{HSO}}_3^{-}\text{(aq)}$. Ce genre de solution acide peut être utilisé comme conservateur alimentaire dans le vin ou les viandes.

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Concentrations en solution
2.1 Écrire l'équation de la réaction entre l'acide sulfureux ${\text{H}}_2{\text{SO}}_3$ et l'eau de constante d'acidité $K_{\text{A1}}$.

2.2 Exprimer la constante d'acidité $K_{\text{A1}}$ en fonction des concentrations en quantité de matière des espèces mises en jeu.

2.3 Calculer la concentration $[{\text{H}}_3{\text{O}}^{+}]$de la solution d'acide sulfureux de $\text{pH}=2,5$.

2.4 Exprimer $[{\text{HSO}}_3^{-}]$en fonction de $[{\text{H}}_3{\text{O}}^{+}]$, puis calculer cette concentration.

2.5 Déduire des questions précédentes l'expression de $[{\text{H}}_2{\text{SO}}_3]$ en fonction du $\text{pH}$ et du $\text{p}{K}_{\text{A1}}$ et calculer cette concentration.

2.6 Sachant que $[{\text{SO}}_3^{2-}]=6,3\times 10^{-8}$ mol·L^-1, préciser si les valeurs de concentrations des espèces présentes en solution confirment l'espèce prédominante prévue par le diagramme de prédominance.

2.1. Utiliser le couple ${\text{H}}_2{\text{SO}}_3\text{(aq)}$/${\text{HSO}}_3^{-}\text{(aq)}$ pour écrire l'équation.

2.2 À l'aide des concentrations, écrire le $K_{\text{A}}$ en utilisant éventuellement $c°$ pour adimensionner le quotient.

2.3 Utiliser la définition du $\text{pH}$.

2.4 Établir l'expression à partir des coefficients stœchiométriques.

2.5 Penser à utiliser la relation $\text{p}{K}_{\text{A}}=-\log (K_{\text{A}})$.

2.6 Comparer les concentrations des trois formes de l'acide sulfureux dans cette solution.

L'acide sulfurique ${\text{H}}_2{\text{SO}}_4$ est aussi un diacide. Sa forme ${\text{H}}_2{\text{SO}}_4$ est un acide fort tandis que ${\text{HSO}}_4^{-}\text{(aq)}$ est un acide de $\text{p}{K}_{\text{A3}}=1,9$. Il s'obtient par hydratation du trioxyde de soufre ${\text{SO}}_3$. Cet acide, que l'on considère totalement dissocié sous la forme ($2{\text{H}}_3{\text{O}}^{+}\text{(aq)}$ ; ${\text{SO}}_4^{2-}\text{(aq)}$), réagit avec le calcaire ${\text{CaCO}}_3\text{(s)}$ selon la réaction modélisée par :
${\text{CaCO}}_3(\text{s})+2{\text{H}}_3{\text{O}}^{+}(\text{aq})\leftrightarrows {\text{Ca}}^{2+}(\text{aq})+{\text{CO}}_2(\text{g})+3{\text{H}}_2\text{O(l)}$

• Masses molaires atomiques : $M(\text{C})=12,0$ g·mol^-1, $M(\text{Ca})=40,1$ g·mol^-1 et $M(\text{O})=16,0$ g·mol^-1

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Dégradation du calcaire
3.1 Préciser quel acide est le plus fort entre l'acide sulfurique et l'acide sulfureux. Justifier.

3.2 Préciser à quel couple acide-base correspond le $\text{p}{K}_{\text{A3}}$.

3.3 Calculer le volume minimal de solution aqueuse d'acide sulfurique de $\text{pH}=3,0$ pour dégrader une masse de $2,0$ g de calcaire d'une statue.

3.1. Comparer les $\text{p}{K}_{\text{A}}$ des deux couples.

3.2 Identifier la base appartenant au couple pour lequel ${\text{HSO}}_4^{-}\text{(aq)}$ est la forme acide. ${\text{H}}_2{\text{SO}}_4\text{(aq)}$.

3.3 Utiliser un tableau d'avancement.