Chim. N° 03

Avancement final

 d'une réaction:

Exercices.

Correction.

 

   

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Programme 2012 :

Programme 2012 : Physique et Chimie

1)- Exercice 10 page 90.

2)-  Exercice 13 page 90

3)- Exercice 18 page 91

4)- Exercice 20 page 91.

5)- exercice 24 page 91.

6)- Exercice 37 page 94

7)- Exercice 38 page 94.

QCM N° 03
pH, acides et bases,
 Couples acide / base,
Réaction acido-basiques,
Avancement final d'une réaction.

Sous forme de tableau

Pour aller plus loin : 

Mots clés :

avancement final ; avancement maximal ; réactions acido-basiques ; transformation totale ; équilibre chimique : 

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Applications

1)- Exercice 10 page 90.

Quels sont, parmi les couples suivants, ceux qui ne correspondent pas à des couples acide / base correctement écrits ?

Justifier. 

H3PO4  /  HPO4 2 –

H2O2  / H2O

HNO2 / NO2

C6H 5O –  / C6H5OH

HCOOH / HCOO

HClO   / Cl2

HF / F

CH3NH2  / CH3NH3 +

CH3CHO / CH3CH2OH 

Cu (OH)2 / CuO 

 

Quels sont, parmi les couples suivants, ceux qui ne correspondent pas à des couples acide / base correctement écrits ?

Justifier. 

H3PO4  /  HPO4 2 –

Acide phosphorique / ion hydrogénophosphate 

Couple

acide / base

H3PO4 = H2PO4 + H +

=> H3PO4  =  HPO4 + 2 H +

H2PO4 = HPO4 2 – + H +

 

H2O2  / H2O

Peroxyde d'hydrogène / eau 

Couple

Oxydant / réducteur

H2O2   + 2 H+  2    =   2 H2O

 

HNO2 / NO2

Acide nitreux / ion nitrite

Couple

acide / base

HNO2 =   NO2H +

 

C6H5O –  / C6H5OH

Couple

acide / base

La base et l’acide

ont été inversés.

Bon couple :

C6H5OH / C6H5O

Phénol / ion phénolate

C6H5OH  =   C6H5O –  H +

ADDITIF

 

Phénol

Ion phénolate 

 

HCOOH / HCOO

acide méthanoïque / ion méthanoate

Couple

acide / base

HCOOH HCOOH +

HClO   / Cl2

Couple

Oxydant / réducteur

2 HClO   + 2 H+  2 e    = Cl+  2 H2O

ADDITIF

HClO   / ClO

Acide hypochloreux / ion hypochlorite

Couple

acide / base

HClO   =  ClO   +  H +

 

HF / F

Acide fluorhydrique / Ion fluorure

Couple

acide / base

HF = FH

 

CH3NH2  / CH3NH3 +

Couple

acide / base

La base et l’acide

ont été inversés.

Bon couple :

CH3NH3 /   CH3NH2

CH3NH3=   CH3NH2  H

 

CH3CHO / CH3CH2OH 

Ethanal / Ethanol

Couple

Oxydant / réducteur

CH3CHO   + 2 H+  2    =   CH3CH2OH 

 

Cu (OH)2 / CuO 

?

Réaction de

déshydratation

Cu (OH)2  = CuO   +  H2O

 

2)-  Exercice 13 page 90.

a)- Quel est l’acide conjugué de chacune des espèces suivantes ?

C5H5NH +

H2SO3 

CH3CHOHCOOH

-  NH3

-  HSO3– 

b)- Quelle est la base conjuguée de chacune des cinq espèces chimiques suivantes ?

-  C2H5NH2 

-  C3H7COO    

-  HC2O42 – 

-  H2BO3

-  (C2H5)2NH 

 

a)- Quel est l’acide conjugué de chacune des espèces suivantes ?

C5H5NH  /   C5H5NH 


ion pyridinium

Pyridine

 

H2SO3  =  HSO3

Acide sulfureux / Ion hydrogénosulfite

   

CH3CHOHCOOH / CH3CHOHCOO  

Acide lactique / Ion lactate

acide 2-hydroxypropanoïque / ion 2-oxydopropanoate

acide lactique

Ion lactate

 

-  NH3 / NH2 (Ammoniac / Ion amidure)

-  HSO3–  /  SO3 2 –  (Ion hydrogénosulfite / ion sulfite)

b)- Quelle est la base conjuguée de chacune des cinq espèces chimiques suivantes ?

-  C2H5NH3 /   C2H5NH2  (Ion éthylammonium / éthylamine)

-  C3H7COOH / C3H7COO    (Acide propanoïque / Ion propanoate)

-  HC2O4 / HC2O42 –  (Ion hydrogénoxalate / ion oxalate)

- L'ion hydrogénoxalate découle de l'acide oxalique H2C2O4

Acide oxalique

Ion hydrogénoxalate

Ion oxalate

-  H3BO3  /  H2BO3  (Acide borique / ion dihydrogénoborate)

-  (C2H5)2NH2 /   (C2H5)2NH  ( Ion N-éthyléthanammonium / N-éthyléthanamine)

 

3)- Exercice 18 page 91.

Calculer la quantité de matière d’ions oxonium, le volume de la solution ou le pH

n (H3O +)

mol

1,0 x 10 – 3

 

1,6 x 10 – 2

3,4 x 10 – 2

7,3 x 10 – 6

 

Volume

100 mL

0,200  L

 

80 mL

 

150mL

pH

 

3,9

3,4

 

2,1

4,0

 

Calculer la quantité de matière d’ions oxonium, le volume de la solution ou le pH

n (H3O +)

mol

1,0 x 10 – 3

2,5 x 10 – 5

1,6 x 10 – 2

3,4 x 10 – 2

7,3 x 10 – 6

1,5 x 10 – 5

Volume

100 mL

0,200  L

40 L

80 mL

0,92 mL

150mL

pH

2

3,9

3,4

0,37

2,1

4,0

 

4)- Exercice 20 page 91.

On dissout 2,0 x 10 – 3  mol d’acide HA dans de l’eau.

La solution est versée dans une fiole jaugée de 500 mL que l’on complète jusqu’au trait de jauge avec de l’eau distillée.

On mesure le pH de la solution obtenue : pH = 3,4.

Calculer le taux d’avancement final de la réaction de l’acide sur l’eau.

 

On dissout 2,0 x 10 – 3  mol d’acide HA dans de l’eau.

La solution est versée dans une fiole jaugée de 500 mL que l’on complète jusqu’au trait de jauge avec de l’eau distillée.

On mesure le pH de la solution obtenue : pH = 3,4.

Calculer le taux d’avancement final de la réaction de l’acide sur l’eau.

Définition du taux d'avancement d'une réaction chimique :

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

τ

x f  


 

 

x max 

- Le but de l'exercice est de déterminer l'avancement maximal, l'acvancement final de la réaction.

-  On commence par écrire l'équation bilan de la réaction entre l'acide et l'eau.

- Puis on dresse le tableau d'avancement de la réaction.

AH (aq) +   H2O ()   =   A (aq)   +    H3O+(aq)

-  Tableau d'avancement :

Équation

AH (aq) +

  H2O ()

=

A (aq)

+ H3O+(aq)

état

Avancement

x (mol)

 

 

 

 

 

État initial (mol)

0

napp

excès

 

0

Au cours de la

transformation

x

napp – x

excès

x

Avancement

final

xf

napp – xf

excès

xf 

xf

Avancement

 maximal

xmax

napp – xmax = 0

excès

 

xmax

xmax

-  Avancement maximal :

Il est déduit du tableau d’avancement de la réaction. 

-  L’eau est en large excès et l’acide AH est le réactif limitant.

-  napp = xmax  2,00 x 10 – 3 mol

-  Le tableau d’avancement de la réaction permet d’exprimer l’avancement final en fonction de la quantité de matière en ion oxonium, puis de la concentration en ion oxonium.

-  napp = xmax  2,00 x 10 – 3 mol

-  xf n f  (H3O+) =   [H3O+]f . V = 10 pH . V

-  xf = 10 – 3,4 x 0,500

-  xf 2,0 x 10 – 4 mol

-  Comparaison :

-  napp = xmax  2,00 x 10 – 3 mol  et  x f  ≈ 2,0 x 10 – 4 mol

-  xf  <  xmax 

-  Taux d’avancement de la réaction :

-  

 

5)- exercice 24 page 91.

Soit un volume V, égal à 250 mL, d’une solution d’acide lactique de concentration égale à

1,0 x 10 – 4  mol / L.

CH3CHOHCOOH / CH3CHOHCOO - 

acide lactique / Ion lactate

acide 2-hydroxypropanoïque / ion 2-oxydopropanoate

Le pH de cette solution est 4,2.

a)- Présenter l’évolution du système : états initial, final et d’avancement maximal de cette réaction de cet acide sur l’eau.

b)- Calculer le taux d’avancement final de cette réaction.

 

Soit un volume V, égal à 250 mL, d’une solution d’acide lactique de concentration égale à

1,0 x 10 – 4  mol / L.

CH3CHOHCOOH / CH3CHOHCOO  

acide lactique

acide 2-hydroxypropanoïque

Le pH de cette solution est 4,2.

a)- Présenter l’évolution du système : états initial, final et d’avancement maximal de cette réaction de cet acide sur l’eau.

AH (aq) +   H2O ()   =   A (aq)   +    H3O+(aq)

Équation

AH (aq) +

  H2O ()

=

A (aq)

+ H3O+(aq)

état

Avancement

x (mol)

 

 

 

 

 

État initial (mol)

0

napp

excès

 

0

Au cours de la

transformation

x

napp – x

excès

x

Avancement

final

xf

napp – xf

excès

xf 

xf

Avancement

 maximal

xmax

napp – xmax = 0

excès

 

xmax

xmax

b)- Calculer le taux d’avancement final de cette réaction.

-  Avancement maximal:  napp = xmax = C . V

-  Avancement final  :  xf nf  (H3O+) =   [H3O+]f . V = 10 pH . V

-  Taux d’avancement de la réaction :

-  

 

6)-Exercice 37 page 94.

Solution commerciale d’acide chlorhydrique.

a)- Le pH d’une solution d’acide chlorhydrique de concentration molaire C est mesuré à l’aide d’un pH-mètre.

On obtient pH = 2,1.

-  Calculer la concentration molaire C de la solution S d’acide chlorhydrique.

-  La réaction entre le chlorure d’hydrogène et l’eau est une réaction totale.

-  Équation bilan de la réaction : 

-  La méthode consistant à déterminer la concentration d’une solution à partir de la mesure du pH est-elle précise, sachant que la mesure est faite à 0,1 unité de pH près ?

b)- La solution S a été préparée à partir d’une solution commerciale.

Les indications portées sont les suivantes :

-  Densité par rapport à l’eau : d = 1,18 et degré de pureté : 35 % (pourcentage massique)

-  Calculer le volume de solution commerciale qu’il faut prélever pour préparer 1 L de solution S.

-  énumérer le matériel nécessaire pour préparer la dilution.

-  Quelles précautions doit-on prendre compte tenu des recommandations portées par l’étiquette ?

 

Solution commerciale d’acide chlorhydrique.

a)- Le pH d’une solution d’acide chlorhydrique de concentration molaire C est mesuré à l’aide d’un pH-mètre.

On obtient pH = 2,1.

-  Calculer la concentration molaire C de la solution S d’acide chlorhydrique.

-  La réaction entre le chlorure d’hydrogène et l’eau est une réaction totale.

-  Équation bilan de la réaction : 

HCl (g)   +   H2O ()      Cl (aq)   +    H3O+(aq)

-  Par définition  pH = log [H 3O+

-  [H3O+] = C et [H3O+]  = 10 pH mol / L

-  [H 3O+] = 10 – 2,1 mol / L

-  [H 3O+] 7,9 x 10 – 3 mol / L

-  La méthode consistant à déterminer la concentration d’une solution à partir de la mesure du pH est-elle précise, sachant que la mesure est faite à 0,1 unité de pH près ?

-  Si la mesure du pH est faite à 0,1 unité de pH près, alors  

-  

b)- La solution S a été préparée à partir d’une solution commerciale. Les indications portées sont les suivantes :

-  Densité par rapport à l’eau : d = 1,18 et degré de pureté : 35 % (pourcentage massique)

-  Calculer le volume de solution commerciale qu’il faut prélever pour préparer 1 L de solution S.

-  Volume de solution commerciale.

-  On connaît la concentration de la solution fille  :

[H 3O+] 7,9 x 10 – 3 mol / L C

-  Quantité de matière présente dans 1 L de solution fille 

n = C . V 7,9 x 10 – 3 mol

-  il faut prélever cette quantité de matière.

Pour ce faire, il faut un volume V0 de solution mère.

-  Masse d’acide chlorhydrique pur nécessaire 

m = n . M

-  Masse de solution commerciale nécessaire : 

-  Dans 100 g de solution commerciale, il y a 35 g d’acide chlorhydrique pur :

-  

-  Volume de solution commerciale nécessaire :

on donne la densité de la solution 

-  

-  

-  

-  Application numérique : 

Attention aux unités. Il faut exprimer la masse volumique de l’eau en g / L.

-  ρ eau = 1000 g / L

-  

-  énumérer le matériel nécessaire pour préparer la dilution.

-  Quelles précautions doit-on prendre compte tenu des recommandations portées par l’étiquette ?

-  Il faut utiliser les gants et les lunettes.

Éviter tout contact avec la peau. Substance corrosive..

-  Pipette graduée de 1 mL, propipette, fiole jaugée de 1 L et eau distillée.

 

 

7)- Exercice 38 page 94.

L’acidité d’un vinaigre est due à la présence d’acide acétique.

La masse exprimée en gramme d’acide pur dans 100 g de vinaigre donne le degré de celui-ci.

a)- Écrire la formule semi-développée de la molécule d’acide acétique dont le nom dans la nomenclature officielle est acide éthanoïque.

-  Différentes représentations de la molécule d’acide éthanoïque :

 

CH3 COOH

   b)-      

-  écrire l’équation de la réaction de l’acide éthanoïque sur l’eau.

-  Quels sont les couples acide / base qui interviennent dans cette réaction ?

c)- On prépare, à partir de 50 g de vinaigre à 6 degrés, 500 mL d’une solution aqueuse S.

-  déterminer la concentration CA en mol / L d’acide acétique de la solution S.

-  Calculer le taux d’avancement de la réaction entre l’acide éthanoïque et l’eau pour la solution S.

 

L’acidité d’un vinaigre est due à la présence d’acide acétique.

La masse exprimée en gramme d’acide pur dans 100 g de vinaigre donne le degré de celui-ci.

a)- Écrire la formule semi-développée de la molécule d’acide acétique dont le nom dans la nomenclature officielle est acide éthanoïque.

-  Différentes représentations de la molécule d’acide éthanoïque :

 

CH3 COOH

   b)-      

-  écrire l’équation de la réaction de l’acide éthanoïque sur l’eau.

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

-  Quels sont les couples acide / base qui interviennent dans cette réaction ?

-  Couples acide / base : CH3COOH (aq) / CH3COO (aq) et  H3O + (aq) / H2O (). 

c)- On prépare, à partir de 50 g de vinaigre à 6 degrés, 500 mL d’une solution aqueuse S.

-  déterminer la concentration CA en mol / L d’acide acétique de la solution S.

-  Concentration de la solution :

-  

-  Le pH de la solution S est 2,9. 

-  Calculer le taux d’avancement de la réaction entre l’acide éthanoïque et l’eau pour la solution S.

-  Taux d’avancement :

-