Chimie Quotien De Reaction Terminale S

st V = 100 mL.

- On donne :

CH 3COOH (aq) / CH 3COO -(aq) | C6H 5COOH (aq) / C6H 5COO - (aq) |

Acide éthanoïque / ion éthanoate | Acide benzoïque / ion benzoate |

- Écrire l’équation de la réaction.

- Dresser le tableau d’avancement de la réaction.

- Donner l’expression du quotient de cette réaction pour un état donné.

- Calculer la valeur du quotient de réaction pour l’avancement x = 2,0 mmol et x = 4,0 mmol. Conclure.

- Solution :

- Équation de la réaction :

C6H 5COOH (aq) + CH 3COO -(aq) = C6H 5COO - (aq) + CH 3COOH (aq)

- Tableau d’avancement de la réaction : max

Équation | C6H 5COOH (aq) | + CH 3COO -(aq) | = | C6H 5COO - (aq) | + CH 3COOH (aq) |

état | x (mmol) | mmol | mmol | | mmol | mmol |

État initial (mol) | 0 | 10,0 | 20,0 | | 0 |  |

Au cours... | x | 10,0 - x | 20,0 - x | | x | x |

Avancement final | xf | 10,0 – x f | 20,0 – x f | | x f | x f |

Avancement maximal | xmax | 10,0 - x max = 0 | 20,0 - x max = 0 | | x max | x max |

- Expression de Qr.

-

- Pour faciliter l’étude suivante, on peut exprimer Q r en fonction de x avancement de la réaction.

- Sachant que :

-

-

-

- Valeur de Q r2 :

-

- Valeur de Q r4 :

-

- Le quotient de réaction dépend de l’avancement x de la réaction.

- La question que l’on peut se poser : Que vaut le quotient de réaction lorsque l’état d’équilibre est atteint ?

- Sa détermination peut s’effectuer à partir d’une étude conductimétrique.

II- Détermination expérimentale d’un quotient de réaction. (TP chimie N° 04).

1)- Méthode.

- Il faut connaître les concentrations des différentes espèces chimiques lorsque l’équilibre chimique est atteint.

- Il faut mesurer la concentration d’une espèce chimique à l’équilibre à l’aide d’un capteur : un pH-mètre (pour les réactions acido-basiques ou un conductimètre plus généralement.

- La réaction étudiée est celle entre l’acide méthanoïque (acide formique) et l’eau.

2)- Détermination du quotient de réaction à l’équilibre par conductimétrie. (TP Chimie n° 04).

- Méthode : elle est basée sur la comparaison des conductances de solutions d’acide chlorhydrique et d’acide méthanoïque de même concentration.

III- Constante d’équilibre..

1)- Conductivité et concentration. Rappels et compléments.

a)- La conductance : G c’est l’inverse de la résistance R :

-

- Pour une cellule conductimétrique, G dépend de la surface S des électrodes, de la distance ℓ entre les électrodes et de la nature de la solution.

- L’unité de conductance est le Siemens : S.

b)- Conductivité d’une solution.

- Relation entre la conductivité  (sigma)et la conductance :

- On note : .

- Pour les solutions ioniques diluées d’un soluté unique, la conductivité de la solution est proportionnelle à la concentration en soluté apporté.

- Si C < 1,0 x 10 –2 mol / L, alors σ = Λ. C

- Cette constante, représente la conductivité molaire d’une solution ionique d’un soluté unique.

- On la note lambda majuscule : Λ Unité : S.m2.mol –1.

c)- Conductivité molaire ionique : λ.

- A chaque ion d’une solution ionique, on affecte une conductivité molaire ionique λ.

- Exemple : on considère une solution aqueuse de chlorure de sodium.

- La conductivité molaire de la solution est égale à la somme des conductivités molaires ioniques des ions présents dans la solution.

- Λ= λ (Na +) + λ (Cl -)

- La conductivité molaire ionique se rapporte à un ion donné. Elle dépend de la température, de la nature du solvant.

- Elle ne dépend pas de la concentration si C < 1,0 x 10 –2 mol / L.

- Expression de la conductivité d’une solution ionique quelconque contenant des ions monochargés différents.

-

 Application :

- Calculer la conductivité d’une solution de chlorure de sodium de concentration C0 = 1,0 x 10 –3 mol / L.

- On donne : λ (Cl -) = 7,63 x 10 – 3 S. m 2 .mol – 1 et λ (Na +) = 5,01 x 10 – 3 S. m 2 .mol – 1

- Solution :

- Conductivité de la solution :

- Équation de la réaction :

| H2O | |

NaCl (s) ® Na + (aq) + Cl -(aq) |

- Concentration en soluté apporté : C0 = [ Cl – ] = [ Na + ]

- Avec : C0 = 1,0 x 10 –3 mol / L = 1,0 mol / m3.

- σ = λ (Na +) . [ Na + ] + λ (Cl -) . [ Cl – ]

- σ = (λ (Na +) + λ (Cl -)) . C0

- σ = (5,01 + 7,63) x 10 – 3 x 1,0

- σ » 1,26 x 10 – 2 S. m– 1

- σ » 1,3 x 10 – 2 S. m– 1

 Application :

- La conductivité d’une solution de nitrate de sodium est :  = 1,038 mS / cm.

- On donne : λ (NO3 -) = 7,14 mS. m 2 .mol – 1 et λ (Na +) = 5,01 mS. m 2 .mol – 1.

- En déduire la concentration en ions sodium de la solution.

- Solution :

- équation de la réaction :

| H2O | |

NaNO3 (s) ® Na + (aq) + NO3 -(aq) |

- Dans cette solution : [ NO3 - ] = [ Na + ]

-

2)- Quotient de réaction dans l’état d’équilibre.

- Dans l’état d’équilibre d’un système, le quotient de réaction Qr,eq prend une valeur qui ne dépend pas de l’état initial.

- A valeur de Qr,eq est indépendante de la composition initiale.

 Application :

- Étude de la réaction entre l’acide éthanoïque et l’eau.

- On mesure la conductivité de deux solutions S1 et S2 d’acide éthanoïque de concentrations respectives C1 et C2.

- Les résultats sont donnés sous forme de tableau.

Acide éthanoïque | S1 | S2 |

Concentration C mol / L | C1 = 5,0 x 10–2 mol / L | C2 = 5,0 x 10–3 mol / L |

Conductivité  mS / cm | σ 1 = 0,343 mS / cm | σ 1= 0,107 mS / cm |

On donne : λ (H3O +) = 35,0 mS. m 2 .mol – 1 et λ (CH3COO -) = 4,09 mS. m 2 .mol – 1.

- Déterminer la valeur de la concentration molaire en acide éthanoïque à l’équilibre : [CH3COOH] eq.

- En déduire la valeur du quotient de réaction à l’équilibre : Qr,eq .

- Calculer la valeur τ du taux d’avancement final de la réaction.

- Solution : Étude de la réaction entre l’acide éthanoïque et l’eau.

- Tableau d’avancement de la réaction :

Équation | CH3COOH (aq) | + H 2 O (ℓ) | = | CH3COO - (aq) | + H 3 O + (aq) |

état | Avancement x (mol) | | | | | |

État initial (mol) | 0 | n app | excès | | 0 | 0 |

Au cours de la transformation