QCM N° 03

pH, Acides et bases,

réactions acido-basiques,

Avancement final

d'une réaction

 

   

 

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Pour chaque question, indiquer la (ou les) bonne(s) réponse(s).

 

Énoncé

A

B

C

Réponse

1

Les propriétés acides et basiques des solutions aqueuses :

Dépendent de la concentration en ions hydroxyde HO

Dépendent de la concentration en ions oxonium H3O+

Dépendent de la quantité d’eau

AB

2

La relation suivante :

pH = - log [H3O +]

 est valable :      

Quelle que soit la concentration C de la solution

Pour les solutions diluées, ≤ 2,0 x 10–2 mol / L

Pour les solutions de concentration, ≤ 1,0 mol / L

B

3

La relation :

pH = - log [H3O +]

est équivalente à :

[H3O +] = 10 pH mol / L

[H3O +] = 10 pH mol / L

[H3O +] = epH mol / L

A

4

Pour mesurer le pH d’une solution avec précision, on utilise :

Le papier pH

Des indicateurs colorés

Le pH-mètre

C

5

Le pH-mètre est :

Un voltmètre électronique

Constitué d’une sonde reliée à un voltmètre électronique

Un appareil qui mesure la concentration en ions oxonium d’une solution

B

6

Pour effectuer une mesure de pH avec un pH-mètre, il faut :

Plonger la sonde dans la solution, mettre le commutateur sur la position pH et effectuer la lecture

Étalonner le pH-mètre

Une solution acide

B

 

 

 

7

On effectue la mesure du pH d’une solution aqueuse. Après agitation et stabilisation, on obtient la valeur du pH indiquée sur la photo ci-dessus.  La valeur de la concentration en ions oxonium vaut :

[H3O +] ≈ 1,3 x 10 – 4 mol / L

[H3O +] ≈ 1,26 x 10 – 4 mol / L

[H3O +] ≈ 1,0 x 10 –3,90 mol / L

A

8

Selon Bronsted, un acide est une espèce chimique capable :

De capter au moins un proton H+ 

De céder au moins un proton H+ 

De céder au moins un électron e

B

9

Selon Bronsted, une base est une espèce chimique capable :

De capter au moins un proton H+ 

De céder au moins un proton H+

De céder au moins un électron e

A

10

Une base est :

Toujours une molécule

Toujours un ion

Une molécule ou un ion

C

11

Un acide est :

Toujours une molécule

Toujours un ion

Une molécule ou un ion

C

12

L’ion hydroxyde HOest la base conjuguée de :

H3O+

H2O

H2O2

B

13

L’ion H3O+ est l’acide conjugué de :

H2O

HO

H2O2

A

14

L’eau est une espèce amphotère, on parle d’ampholyte. Elle peut se comporter :

En tant qu’acide seulement

En tant que base seulement

En tant qu’acide ou en tant que base

C

15

Une réaction acido-basique est caractérisée par :

Un transfert d’électron de l’acide d’un couple acide / base vers la base d’un autre couple acide / base

Un transfert de proton de la base d’un couple acide / base vers l’acide d’un autre couple acide / base

Un transfert de proton de l’acide d’un couple acide / base vers la base d’un autre couple acide / base

C

16

Dans une fiole jaugée de volume V = 500,0 mL, partiellement remplie d’eau distillée, on verse avec précaution mapp = 3,00 g d’acide éthanoïque. On mélange puis on complète avec de l’eau distillée jusqu’au trait de jauge et on mélange.

Donnée : masse molaire de l’acide éthanoïque : M = 60,05 g / mol

La valeur de l’avancement maximal xmax de la réaction entre l’acide éthanoïque est l’eau vaut :

xmax ≈ 5,00 x 10 – 2 mol

xmax = 3,00 g

xmax ≈ 5,00 x 10 – 2 mol / L

A

17

Le pH de la solution précédente vaut 2,90. L’avancement final xf de la réaction entre l’acide éthanoïque est l’eau vaut :

xf ≈ xmax

xf ≈ 1,3 x 10 - 2 mol

xf ≈ 6,3 x 104 mol

C

18

L’avancement d’une réaction est toujours :

0 ≤ x < 1

0 ≤ x < xmax

0 ≤ xxf

C

19

L’avancement final d’une réaction est toujours :

0 ≤ xf < 1

0 ≤ xfxmax

0 ≤ xf < xmax

B

20

Une solution d’acide éthanoïque de concentration C = 5,0 x 10 – 4 mol / L a un pH = 4,5. L’avancement final de la réaction de l’acide éthanoïque sur l’eau :

Est égal à l’avancement maximal

Est supérieur à l’avancement maximal

Est inférieur à l’avancement maximal

C

21

Le taux d’avancement d’une réaction est égal :

Au quotient de l’avancement final sur l’avancement maximal

Au produit de l’avancement final par l’avancement maximal

Au quotient de l’avancement maximal sur l’avancement final

A

 

 Questionnaire a été réalisé avec Questy Pour s'auto-évaluer

Définition et mesure du pH

Mesure du pH

Le pH-mètre

La mesure du pH et sa précision

Acide et base selon Bronsted

Couples acide / base

Réactions acido-basiques.

Avancement maximal et avancement final.

Taux d’avancement d’une réaction

 

 Définition et mesure du pH

-        Les propriétés acides et basiques des solutions aqueuses dépendent de la concentration en ions oxonium H3O+.

-        Remarque : comme pour toutes les solutions aqueuses : [H3O +] . [HO ] = Ke

-        Les concentrations en ions hydroxyde et en ions oxonium ne sont pas indépendantes. Elles dépendent l’une de l’autre.

-        Quand [H3O +] ↑, alors [HO ] ↓ et inversement.

-        On admet, pour les solutions diluées, C ≤ 2,0 x 10 -2 mol / L, les relations suivantes :

-        pH = - log [H3O +]

-         pH = - log [H3O +]

-        Cette relation est équivalente à :

-        [H3O +] = 10 pH mol / L

 Mesure du pH

-        Les indicateurs colorés :

-        Comme indicateurs colorés, on utilise, l'hélianthine, le bleu de bromothymol et la phénolphtaléine.

-         L'utilisation des indicateurs colorés permet de déterminer un encadrement de la valeur du pH d'une solution.

-        Le papier pH :

-        Le papier pH est imbibé d'un mélange de plusieurs indicateurs colorés, il peut donner une valeur du pH à 0,5 unité près.

-        Le pH-mètre :

-        Dans les conditions habituelles, au lycée, on peut mesurer un pH, au mieux, à 0,05 unité près (Le plus souvent à 0,1 unité près).

Le pH-mètre

-        Il est constitué d’une sonde de mesure reliée à un voltmètre électronique.

-        La sonde de mesure est constituée d’une électrode de verre et d’une électrode de référence (les deux électrodes peuvent être combinées ou séparées).

-        Il est nécessaire d’étalonner le pH-mètre avant toute mesure.

-        L’étalonnage du pH-mètre nécessite l’utilisation de deux solutions étalons de pH connu.

-        Mesure du pH : pour effectuer la mesure du pH d’une solution aqueuse, la sonde doit être rincée à l’eau distillée, essuyée puis plongée dans la solution étudiée. 

-        Après agitation et stabilisation de la mesure, la valeur du pH est relevée.

 

 La mesure du pH et sa précision

-        Dans les conditions habituelles, au lycée, on peut mesurer un pH, au mieux, à 0,05 unité près (Le plus souvent à 0,1 unité près).

-        Conséquence :

-        Une mesure de pH effectuée à 0,05 unité près conduit à une valeur de la concentration en ion oxonium [H3O +] connue à 11,5 % près.

-        Une simple mesure de pH ne peut donner une concentration avec précision.

-        Il faut limiter le nombre de chiffres significatifs pour représenter une concentration déduite de la valeur du pH.

-        Toute concentration déduite de la valeur du pH sera exprimée avec 2 chiffres significatifs au maximum.

-        Dans le cas présent, pH = 3,90

-        [H3O +] ≈ 1,0 x 10 – 3,90 mol / L

-        Or à la calculatrice : 10 – 3,90 1,25892541179 x 10 – 4

-        Le résultat avec deux chiffres significatif :

-        [H3O +] ≈ 1,3 x 10 – 4 mol / L

 Acide et base selon Bronsted

-        Un acide est une espèce chimique capable de céder au moins un proton H +

-        On écrit : AH  =  H +  +  A -

-        Une base est une espèce chimique capable de capter au moins un proton  

-        On écrit : A -H +  =  AH 

-        Exemples : HCl =  H +  +  Cl -

-        CH3COOH  =  H +  +  CH3COO -

-        NH4 +  =  H +  +  NH3

 Couples acide / base

-        L’espèce chimique A donne l’acide AH en captant un proton H +.

-        On dit que A est la base conjuguée de l’acide AH.

-        On parle du couple acide / base : AH / A.

-        Exemples : AH =  H +  +  Acouple  AH / A

-        BH +  =  BH +  couple  BH + / B

-        Dans le cas présent : 

-        Couple 1: H2O / HO

-        Couple 2 : H3O + / H2O

 Réactions acido-basiques.

-        Une réaction acido-basique consiste à un transfert d'un proton entre l’acide A1H d’un couple sur la base A2- d’un autre couple.

-        Couple acide / base 1 : A1H    = H + + A1

-        Couple acide / base 2 : A2H    = H + + A2

-        Équation de la réaction : On se place dans le cas ou l’acide A1H réagit sur la base A2

A1H     +     A2–    =     A1       +    A2H

-        cette réaction met en jeu les couples acide / base suivants : A1H / A1 et A2H / A2

 Avancement maximal et avancement final.

-        Couple acide éthanoïque / ion éthanoate : CH3COOH (aq) / CH3COO(aq)

-        Lors de la réaction acido-basique, 

-        Il y a un transfert d'un proton

-        De l’acide du couple CH3COOH (aq) / CH3COO (aq) vers la base du couple H3O+ (aq) / H2O (ℓ).

-        Équation de la réaction :   

CH3COOH (aq)     +   H2O (ℓ)      =         CH3COO(aq)    +   H3O+ (aq)

-        écriture qui correspond à l’état actuel de nos connaissances.

-        Le soluté apporté est l’acide éthanoïque pur. L’eau constituant majoritaire est le solvant.

-        En conséquence, l’eau est en large excès. Le soluté est le réactif limitant de la réaction.

-        Tableau d’avancement :

-        Détermination de x max.

-        On utilise la relation du tableau d'avancement :

-        n app - x max = 0 

-         

-        La valeur du pH de la solution permet de calculer la concentration en ions oxonium de la solution et d’en déduire la quantité de matière d’ions oxonium présents dans la solution en fin de réaction.

-        Concentration finale en ions oxonium : 

-         [H 3O +]f  = 10 pH mol / L

-        [H 3O +]f  = 10 2,90 mol / L

-         [H 3O +]f  ≈ 1,3 x 10 2 mol / L

-        Du tableau d’avancement de la réaction, on peut déduire que :

-        x f n f  (H 3O +) =   [H 3O +]f . V = 10 pH . V

-        x f = 10– 2,90 x 0,500

-        x f ≈ 6,3 x 10– 4 mol

-        Comparaison :

-        n app = x max  ≈ 5,00 x 10 - 2 mol  et  x f ≈ 6,3 x 10 –4 mol

-        x <  x max 

-        La réaction entre l’acide éthanoïque et l’eau n’est pas totale.

 Taux d’avancement d’une réaction

-        Une transformation chimique n’est pas toujours totale. 

-        Dans ce cas, aucun des réactifs n’a totalement disparu lorsque le système cesse d’évoluer. 

-        L’avancement final est inférieur à l’avancement maximal.

-        Pour pouvoir rendre compte de ce phénomène, on définit une nouvelle grandeur : le taux d’avancement d’une réaction.

-        Le taux d’avancement d’une réaction, noté τ, est le rapport entre son avancement final et son avancement maximal.

-         

-        Si τ = 0, la réaction n’a pas lieu. 

-        Si τ = 1, la réaction est totale et si 0 < τ < 1, la réaction conduit à un équilibre chimique.

-        On peut exprimer cette grandeur en pourcentage

-        Le taux d’avancement final dépend de la nature et de la concentration de l’acide.