Chapitre 4 : équilibre chimique, constante de réaction et d’équilibre

Espèces chimiques en solution (Guadeloupe septembre 2003)

Q1

a) Espèce chimique selon Brönsted :un acide selon Brönsted est une espèce chimique capable de céder un proton H⁺.

b) Réaction entre une espèce acide HA et l’eau :

HA_(aq) + H₂O_(l) = A^-_(aq) + H₃O⁺_(aq)

Couples acide/base mis en jeu : HA/A^- et H₃O⁺/H₂O

c) Un tableau d’avancement s’impose :

Etat du système	Avancement	HA	H2O	A^-	H3O^+
Etat initial	x = 0	co.V	Excès (solvant)	0	0
Etat final	xf	co.V-xf	Excès	xf	xf

Conclusion : les quantités de matière de base A^- et d’ions oxonium finales sont identiques.

n(A^-)_f = n(H₃0⁺)_f

Q2

a) V = 0,2 L

n(H₃0⁺)₁ = [H₃0⁺]₁.V = 1,3 x 10^-3 x 0,2 = 2,6 x 10^-4 mol

n(H₃0⁺)₂ = [H₃0⁺]₂.V = 1 x 10^-2 x 0,2 = 2 x 10^-3 mol

b) Quantité de matière d’acide HA₁ et HA₂, initialement présente dans les 200 mL :

c_o = 10^-2 mol.L^-1

n(HA₁)_i = n(HA₂)_i = c_o.V = 10^-2 x 0,2 = 2 x 10^-3 mol

c) Avancement maximal de la réaction.

Etat du système	Avancement	HA	H2O	A^-	H3O^+
Etat initial	x = 0	co.V	Excès (solvant)	0	0
Etat final	xf	co.V-xf	Excès	xf	xf
Etat si la réaction est totale	xmax	co.V-xmax= 0 xmax= co.V	Excès	Xmax	xmax

L’avancement maximal est, pour les 2 acides, x_max = c_o.V = 10^-2 . 0,2 = 2 x 10^-3 mol

d) Le taux d’avancement final est égal au rapport de l’avancement final sur l’avancement maximal :

Il représente le pourcentage de molécules d’acide ayant réagit avec l’eau

Conclusion : l’acide 1 est moins dissocié que l’acide 2 pour lequel la réaction avec l’eau est totale.

Q3

a) Vidéo

La pente de la tangente à la courbe à l’instant t, est égale à la vitesse volumique de la réaction. En effet :

Comme la pente diminue au cours du temps, la vitesse volumique diminue également au cours du temps.

b) La vitesse de réaction est maximale quand la pente de la tangente à la courbe est maximale. C’est le cas à t = 0 :

v_max = v(t = 0)

c) Vidéo

Au temps de demi-réaction t_1/2 l’avancement x(t_1/2) est égale à l’avancement finale( maximale si la réaction est totale) divisée par 2 :

c) Vidéo

Détermination graphique de la vitesse volumique :

v(t_1/2) est égale à la pente de la tangente à la courbe à l’instant t_1/2.

Pour la déterminer on prends 2 points de la tangente et on détermine graphiquement leurs coordonnées :

M1 ( t1 = 0 min ; [I₂]_t1 = 0,3 x 10^-3 mol.L^-1) M2 (t2 = 28 min ; [I₂] _t2 = 1,9 x 10^-3 mol.L^-1)

Q4

a) Les 2 couples redox sont : H₂O₂ / H₂O et I₂ / I^-

b) Demi-équation d’oxydation  demi-équation de réduction

H₂O₂ + 2H⁺ + 2 e^- = 2 H₂O 2I^- = I₂ + 2 e^-

c) Les ions iodures subissent une oxydation car il perdent chacun un électron.

d) L’espèce chimique HA correspondant à un taux d’avancement final maximal (égale à 1) est l’ion oxonium H₃O⁺

Q5

a) Vidéo

V = 0,2 L ; s_exp = 53,4 mS.m^-1

s = l_A^-. [A^-] + l H₃O⁺ . [H₃O⁺] (1)

(les ion HO^- sont négligés car on se trouve en milieu acide et que leur concentration est négligeable devant celles des autres ions)

a) Vidéo

D’après la relation 1 :

[A^-]₁ = [H₃O⁺]₁ = 1,3 x10^-3 mol.L^-1 = 1,3 mol.m^-3

c) La valeur de l qui se rapproche le plus de la valeur de l_A- est celle de l’ion méthanoate (l_HCOO^- = 5,46 mS.m²mol^-1)

L’acide recherché est l’acide méthanoïque.