Chim. N° 04

Quotient de réaction :

Exercices. 

Correction.

 

   

Recherche GoogleMoteur de recherche sur les différents sites

 


Programme 2012 :

Programme 2012 : Physique et Chimie

Pour aller plus loin : 

Mots clés :

Quotient de réaction ; constante d'équilibre ; taux d'avancement final ; Conductivité d'une solution ; La conductivité molaire ionique ; ...

Google

 

I- Applications.

1)- Exercice 6 page 110.

2)- Exercice 7 page 110.

3)- Exercice 11 page 111.

4)- Exercice 12 page 111.

5)- Exercice 13 page 111.

6)- Exercice 27 page 112.

 

1)- Exercice 6 page 110.

Une solution d’acide chlorhydrique et une solution d’acide éthanoïque ont le même pH.

En diluant 10 fois la première solution, on obtient une solution S1 de pH égal à pH1.

En diluant 10 fois la deuxième solution, on obtient une solution S2 de pH égal à pH2 :

pH1 et pH2  vérifient : (justifier)

a)-     pH pH2

b)-     pHpH2

c)-     pH pH2

 

Une solution d’acide chlorhydrique et une solution d’acide éthanoïque ont le même pH.

En diluant 10 fois la première solution, on obtient une solution S1 de pH égal à pH1.

En diluant 10 fois la deuxième solution, on obtient une solution S2 de pH égal à pH2 :

pH1 et pH2  vérifient : (justifier)

a)-     pH pH2

b)-     pHpH2

c)-     pH pH2

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

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

-    La réaction entre l’acide éthanoïque et l’eau conduit à un équilibre chimique :

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

-    Le fait d’ajouter de l’eau à la solution d’acide chlorhydrique ne modifie pas les quantités de matière d’ions chlorure et d’ions oxonium présents.

-    Il s’agit simplement d’une dilution et la valeur du pH augmente

(on peut même dire que le pH augmente de 1 unité pH car la concentration en ions oxonium a été divisée par 10).

-    Le fait d’ajouter de l’eau à la solution d’acide éthanoïque modifie l’équilibre.

-    En conséquence, on modifie la quantité de matière en ions oxonium :

elle augmente car on déplace l’équilibre dans le sens de la formation des ions oxonium et des ions éthanoate.

-    La solution d’acide éthanoïque diluée contient plus d’ions oxonium que la solution d’acide chlorhydrique diluée.

En conséquence : pH pH2 .

2)- Exercice 7 page 110.

 

Soit une solution telle que : [Ag +] = 4,0 x 10 2 mol / L et [SO42 ] = 1,0 x 10 2 mol / L

Équation bilan : 

Ag2SO4 (s) =  2 Ag + (aq)    +    SO42 (aq)

La constante de l’équilibre  a pour valeur : K = 1,6 x 10 – 5.

Si on double la concentration en ions argent, alors la concentration en ions sulfate …

a)-     …est multipliée par deux .

b)-    … est multipliée par quatre.

c)-     …ne change pas.

d)-    … est divisée par deux.

e)-    ...est divisée par racine de deux .

f)-      est divisée par quatre.

 

Soit une solution telle que : [Ag +] = 4,0 x 10 2 mol / L et [SO42 ] = 1,0 x 10 2 mol / L

Équation bilan : 

Ag2SO4 (s) =  2 Ag + (aq)    +    SO42 (aq)

La constante de l’équilibre  a pour valeur : K = 1,6 x 10 – 5.

Si on double la concentration en ions argent, alors la concentration en ions sulfate …

a)-     …est multipliée par deux .

b)-    … est multipliée par quatre.

c)-     …ne change pas.

d)-    … est divisée par deux.

e)-    ...est divisée par racine de deux .

f)-      est divisée par quatre.

 

-  Expression du quotient de réaction : Q r  = [Ag +] 2. [SO4 2]

-   À l’équilibre, on peut écrire : Q r,eq  = [Ag +]2 eq. [SO4 2] eq ≈ 1,6 x 10 –5

-    Si on double la valeur de la concentration en ions argent, alors :

-  Il faut diviser par 4 la concentration en ions sulfate pour respecter la constante d’équilibre de la réaction.

 

3)- Exercice 11 page 111.

Écrire les équations des réactions suivantes ainsi que les expressions littérales de leurs quotients de réaction.

a)- Réaction de l’ion argent (couple Ag + / Ag) sur le cuivre métallique (couple Cu 2+ / Cu).

b)- Réaction les ions oxonium sur l’hydroxyde de zinc II { Zn(OH)2 (s)} donnant des ions Zn2+ et de l’eau.

c)- Dissolution de l’hydroxyde de fer III { Fe(OH)3 (s)}  dans l’eau.

d)- Réaction du fer métallique (couple Fe 2+ / Fe) sur le diiode (couple I 2 / I ).

 

Écrire les équations des réactions suivantes ainsi que les expressions littérales de leurs quotients de réaction.

a)- Réaction de l’ion argent (couple Ag + / Ag) sur le cuivre métallique (couple Cu 2+ / Cu).

-    Équation de la réaction et quotient de réaction :

-    

b)- Réaction les ions oxonium sur l’hydroxyde de zinc II { Zn(OH)2 (s)} donnant des ions Zn2+ et de l’eau.

-   

c)- Dissolution de l’hydroxyde de fer III { Fe(OH)3 (s)}  dans l’eau.

-    

d)- Réaction du fer métallique (couple Fe 2+ / Fe) sur le diiode (couple I 2 / I ).

-    

 

 

 

4)- Exercice 12 page 111.

On mélange 20 mL de solution d’iodure de potassium à 1,0 x 10 – 3 mol / L et 15 mL de solution de chlorure de fer III à 2,0 x 10 – 3 mol / L.

a)- Écrire l’équation de la réaction qui se produit entre l’ion iodure (couple I 2 / I ) et l’ion fer III (couple Fe 3+ / Fe 2+).

b)- Présenter un tableau l’évolution du système chimique.

c)- Calculer le quotient de réaction pour un avancement x égal à 4,0 x 10 – 6 mol.

 

On mélange 20 mL de solution d’iodure de potassium à 1,0 x 10 – 3 mol / L et 15 mL de solution de chlorure de fer III à 2,0 x 10 – 3 mol / L.

a)- Écrire l’équation de la réaction qui se produit entre l’ion iodure (couple I 2 / I ) et l’ion fer III (couple Fe 3+ / Fe 2+).

-    Équation de la réaction :

2 Fe 3 + (aq)  + 2 I (aq)  =  2  Fe 2 + (aq)   +    I 2 (aq)

b)- Présenter un tableau l’évolution du système chimique.

-    Solution d’iodure de potassium : 

                    H2O 

KI  (s)                        K + (aq)  +          I (aq) 

n1 = C1 . V1                        n1                    n1   

n1 = 1,0 x 10 3 x 20 x 10 3

n1 = 2,0 x 10 5 mol

-    Solution de chlorure de fer III 

                      H2O 

FeCl 3  (s)                        Fe 3+ (aq)  +        3  Cl (aq) 

n1 = C1 . V1                         n1                     3 n1   

n1 = 2,0 x 10 3 x 15 x 10 3

n1 = 3,0 x 10 5 mol

-  Tableau d'avancement :  

Équation

2 Fe 3 + (aq) 

+ 2 I (aq) 

=

2  Fe 2 + (aq)  

+    I 2 (aq)

état

x (mol)

mol

mol

 

mol

mol

État initial (mol)

0

n1 = 3,0 x 10 5

n2 = 2,0 x 10 5

 

0

0

Au cours de la

transformation

x

 n1 2 x

n2   2 x

2 x

x

Avancement

final

xf

n1 –  2 xf

n2 –  2 xf

2 xf

xf

Avancement

 maximal

xmax

n1 –  2 xmax

n2 –  2 xmax

 

2 xmax

xmax

c)- Calculer le quotient de réaction pour un avancement x égal à 4,0 x 10 – 6 mol.

-    Expression du quotient de réaction :

-    

-    Valeur de Q r :

-     

 

 

 

5)- Exercice 13 page 111.

Le taux d’avancement final de la réaction de l’acide benzoïque sur l’eau est 0,88 à 25 ° C dans une solution de concentration C = 1,0 x 10 – 5 mol / L. 

Quelle est à cette température, la constante de réaction K de la réaction de l’acide benzoïque sur l’eau.

 

Le taux d’avancement final de la réaction de l’acide benzoïque sur l’eau est 0,88 à 25 ° C dans une solution de concentration C = 1,0 x 10 – 5 mol / L. 

Quelle est à cette température, la constante de réaction K de la réaction de l’acide benzoïque sur l’eau.

-    Constante d’équilibre de la réaction entre l’acide benzoïque et l’eau.

C6H5COOH (aq) +   H2O ()   =   C6H5COO (aq)   +    H 3O+(aq)

-    Quotient de la réaction à l’équilibre :

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

-    En conséquence :  xf nf  (H 3O+)  =   [H3O+]eq . V = 10 pH . V

-    D’autre part :

-    Expression du taux d’avancement de la réaction :

-    Avec :

[C6H5COOH]eq   + [C6H5COO ]eq  = C et  [C6H5COO ]eq  = [H 3O+]eq  = τ . C 

-    [C6H5COOH ]eq + [ C6H5COO ] eq = [ AH ]app C

-    [C6H5COOH ]eq  C  –  [ C6H5COO ] eq

-   [C6H5COOH]eq C  –  τ . C

-    [C6H5COOH]eq  = C . (1  –  τ )

-    Expression du quotient de réaction à l’équilibre en fonction de τ .

-    

-    Valeur de la conqtante d'équilibre de la réaction :

K = Q r, eq

-    

K = 6,45 x 10 –5

 

 

 

 

6)- Exercice 27 page 112.

Une solution aqueuse de chlorure d’ammonium NH4Cl de concentration C0 = 5,0 x 10 – 2 mol / L a un pH = 5,3 à 25 °C.

a)-     Cette solution est-elle acide ou basique ? Rappeler la définition d’un acide et l’appliquer à l’ion ammonium. Quelle est sa base conjuguée ?

b)- Calculer la concentration en ions oxonium.

c)- en déduire le taux d’avancement final de la réaction de l’ion ammonium sur l’eau.

d)- Calculer la constante de la réaction de l’ion ammonium sur l’eau.

   NH4 + (aq) +  H2O ()  =  NH3 (aq)  +  H3O + (aq) 

e)- La constante d’équilibre de la réaction de l’acide éthanoïque sur l’eau est égale à 1,78 x 10 – 5.

Le plus grand taux d’avancement final de la réaction sur l’eau est-il, à la même concentration, celui de l’acide éthanoïque ou celui de l’ion ammonium ?

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

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

 

Une solution aqueuse de chlorure d’ammonium NH4Cl de concentration C0 = 5,0 x 10 – 2 mol / L a un pH = 5,3 à 25 °C.

a)-     Cette solution est-elle acide ou basique ? Rappeler la définition d’un acide et l’appliquer à l’ion ammonium. Quelle est sa base conjuguée ?

-    Le pH de la solution de chlorure d’ammonium est inférieur à 7. La solution de chlorure d’ammonium est acide.

-    Définition d’un acide : un acide est une espèce capable de céder au moins un proton H +.

AH = A   + H +

-    Dans le cas de l’ion ammonium : 

NH4 +  =  NH3   + H +.

-    On est en présence du couple acide / base :

NH4+ 

NH3 

Ion ammonium

Ammoniac

-    L’ammoniac est la base conjuguée de l’ion ammonium.

b)- Calculer la concentration en ions oxonium.

-    Concentration en ions oxonium.

-    On connaît le pH de la solution, on peut en déduire la concentration en ions oxonium :

-    [H3O +]f  = 10 pH mol / L

-    [H3O +]f  = 10 5,3 mol / L

-    [H3O +]f  5,0 x 10 6 mol / L

c)- en déduire le taux d’avancement final de la réaction de l’ion ammonium sur l’eau.

-    Taux d’avancement de la réaction de l’ion ammonium sur l’eau. max

Équation

NH4 + (aq)

H 2O ()

=

NH3 (aq) 

H3O + (aq)

état

x

(mol)

 

 

 

 

 

État initial (mol)

0

napp

excès

 

0

e

Au cours de la

transformation

x

napp   x

excès

x

x + e

Avancement

final

xf

n app – xf

excès

xf

xf + e xf

Avancement

 maximal

xmax

napp - xmax = 0

excès

 

xmax

xmax + e xmax

-    En conséquence : 

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

-   

-    On tire l’expression suivante :

-   

-    Valeur du taux d’avancement :

-      Le taux d’avancement est très faible.

d)- Calculer la constante de la réaction de l’ion ammonium sur l’eau.

   NH4 + (aq) +  H2O ()  =  NH3 (aq)  +  H3O + (aq) 

-    expression de la constante d’équilibre :

-    

-    D’après le tableau d’avancement de la réaction, on peut écrire que :

-    

-    Conservation de la matière :

-   [NH3]eq = [ H 3O+ ]eq = τ . C0 

-    [NH4 +]eq + [NH3] eq = [AH]app C0  =>    [NH4 +] eq  C0    [ NH3]eq

-  [NH4 +]eq  C0    τ . C0

-   [NH4 +]eq  = C0 . (1    τ )

-   On en déduit l’expression de la constante d’équilibre en fonction de τ et C0.

-    

e)- La constante d’équilibre de la réaction de l’acide éthanoïque sur l’eau est égale à 1,78 x 10 – 5.

Le plus grand taux d’avancement final de la réaction sur l’eau est-il, à la même concentration, celui de l’acide éthanoïque ou celui de l’ion ammonium ?

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

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

-   Constante l’équilibre :

 

-    Il faut comparer τ1 et τ sachant que ,  et K1 > K.

-    

-    On peut faire une étude rapide ou une étude détaillée.

-    Étude rapide : 

-    Étude détaillée : On suppose que τ1 > τ  (τ1  et τ sont des grandeurs telles que   0 < τ1 < 1 et 0 < τ  < 1)

-    Si τ1 > τ   =>  τ12 > τ 2 (1)

  

-    D’autre part :  

-    Multiplions la relation (1) par , il vient :

-    Multiplions la relation (2) par τ12, il vient :

-    En combinant (3) et (4), il vient :

-    Ceci est bien en accord avec la condition initiale.

-    A concentration égale,   K1K  =>  τ1 τ