Aurélie 15/01/10
 

 

chimie : pile, alcootest, acide nitreux, concours kiné.

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Pile cuivre argent.
Cu2+aq + 2 Ag(s) = Cu(s)  + 2 Ag+(aq) ; constante K= 4 10-6.
Les deux solutions ont la même concentration C = 0,01 mol/L.

- Le quotient de réaction initial vaut Qr i = 0,01. Vrai.
Qr i =[Ag+(aq)]2 i / [Cu2+aq] i  =0,012 / 0,01 = 0,01.
- La réaction évoluera dans le sens indirect, disparition des produits.
Vrai.
Qr i est supérieur à la constante d'équilibre K, la réaction évoluera dans le sens indirect, consommation des produits.
- La borne positive de la pile est l'argent.
Vrai.
Cu(s) = Cu2+aq + 2e-, l'oxydation du cuivre libère des électrons. Le cuivre est la borne négative ; l'argent est la borne positive.
- Le schéma conventionnel de la pile est : Cu(s) /
Cu2+aq // Ag+(aq) / Ag(s) Vrai.
La borne négative est écrite  à gauche.


Alcootest.
On oxyde l'éthanol contenu dans V =10 mL de sang  par V1 = 20 mL d'une solution acidifiée de dichromate de potassium K2Cr2O7 en excès, de concentration C1 = 0,010 mol/L.
couple oxydant / réducteur :
Cr2O7 2- (aq) / Cr 3+ (aq) ;
Puis l'excès de dichromate est dosé par une solution d'iodure de potassium KI de concentration C2 = 0,020 mol/L. Le volume équivalent est V2 = 24 mL.
couple oxydant / réducteur : I2 aq / I- aq.
 
Quelle est la formule et le nom  du produit formé par oxydation de l'éthanol ?
 
CH3COOH : acide éthanoïque ou acétique.
Ecrire les demi-équations électroniques et les équations bilan de chaque réaction d'oxydo-réduction.
Cr2O7 2- : l'oxydant ( couleur orange) se réduit en ion Cr 3+ vert

CH3CH2OH l'alcool réducteur s'oxyde en CH3COOH

2 fois { Cr2O7 2- + 14H+ + 6e- = 2 Cr 3+ + 7 H2O}

3 fois { CH3CH2OH + H2O = CH3COOH + 4H++4e-}.

2Cr2O7 2- + 3CH3CH2OH + 16H+ = 4 Cr 3+ + 3CH3COOH + 11 H2O (1)

Cr2O7 2- + 14H+ + 6e- = 2 Cr 3+ + 7 H2O
3 fois {2I- aq =  I2 aq + 2e- }
Cr2O7 2- + 14H+ + 6I- aq = 2 Cr 3+ + 7 H2O +3 I2 aq  (2)
Quelle est la quantité de matière utilisée pour oxyder l'éthanol.
Quantité de matière initiale d'ion dichromate : n0 = V1 C1 = 20*0,01 = 0,2 mmol.
Quantité de matière d'ion dichromate en excès :
n(I-) initial : V2 C2 = 24*0,02 = 0,48 mmol.

avancement (mmol)
Cr2O7 2- + 6 I- aq
initial
0
nexcès
V2 C2 =0,48
en cours
x
nexcès-x
0,48-6x
fin
xmax
nexcès-xmax =0
0,48-6xmax = 0
0,48-6xmax = 0 donne : xmax =0,48/6 =0,08 mmol
nexcès-xmax =0 donne : nexcès= xmax =0,08 mmol.
Quantité de matière d'ion dichromate utilisée pour oxyder l'alcool : 0,2-0,08 = 0,12 mmol.
Quelle est la concentration massique ( g/L) de l'éthanol dans la prise de sang de 10 mL ?

avancement (mmol)
2Cr2O7 2-  + 3CH3CH2OH
initial
0
0,12
nalcool
en cours
x
0,12 -2x
nalcool-3x
fin
xmax
0,12 -2xmax =0
nalcool-3xmax =0
0,12 -2xmax =0 donne : xmax =0,06 mmol
nalcool-3xmax =0 donne : nalcool= 3xmax =3*0,06 = 0,18 mmol dans 10 mL
Masse molaire de l'éthanol M = 2*12+6+16 = 46 g/mol.
Masse d'alcool dans 10 mL : m =nalcool M =0,18 10-3 *46 =8,28 10-3 g dans 0,01 L soit 8,28 10-3 /0,01 = 0,83 g/L.





Acide nitreux HNO2.
Ecrire l'équation de la réaction de l'acide nitreux avec l'eau ; quel est le type de réaction ? Justifier.
couples acide base : HNO2 aq / NO2-aq et  H3O+aq / H2O (l)
HNO2 aq +
H2O (l) = NO2-aq +H3O+aq.
Il y a échange de proton entre l'acide nitreux et l'eau : c'est une réaction de type acide base.

On donne les caractéristiques d'une solution d'acide nitreux : V = 500 mL ; C = 5,0 10-3 mol/L et pH = 3,0.
Déterminer l'avancement final xf, l'avancement maximal xmax et le taux d'avancement final t.


avancement (mol)
HNO2 aq +H2O (l) = NO2-aq +H3O+aq
initial
0
VC=2,50 10-3 solvant
0
0
en cours
x
2,50 10-3-x
en
x
x
fin si totale
xmax 2,50 10-3-xmax = 0
xmax =2,50 10-3mol
large
xmax xmax
fin si équilibre
xfin 2,50 10-3-xfin excès
xfin xfin= V 10-pH
= 5,0 10-4 mol

t = xfin / xmax = 5,0 10-4 / 2,50 10-3 =0,20 ( 20 %).
Calculer le quotient de réaction à l'équilibre :
Qr éq = [H3O+aq]éq [NO2-aq]éq / [HNO2 aq]éq ;
[H3O+aq]éq = [NO2-aq]éq =10-pH =10-3 mol/L ; [HNO2 aq]éq = (2,50 10-3-xfin)/ V = 4,0 10-3 mol/L.
Qr éq = 10-6 / 4,0 10-3=2,5 10-4.

Caractéristiques d'une autre solution d'acide nitreux : C = 1,4 10-4 mol/L ;  pH = 4,0 ; t = 71 % ; Qr éq = 2,5 10-4.
Quelle est le rôle d'une dilution sur un acide faible ?
La valeur du quotient de réaction à l'équilibre, ou constante d'équilibre ne dépend que de la température.
A température constante, en diluant un acide faible, comme l'acide nitreux, on déplace l'équilibre HNO2 aq +H2O (l) = NO2-aq +H3O+aq dans le sens direct, dissociation de l'acide.
A température constante, par dilution, un acide faible se rapproche du comportement d'un acide fort.








acide nitreux et méthylamine CH3NH2.
CH3NH2 aq + HNO2 aq = NO2-aq +CH3NH3+ aq ; K = 3,2 106.
Caractéristiques de la solution : V = 1,0 L ; quantités de matière initiales :
 n(
HNO2)=n1 = 5,0 10-3 mol ;  n(CH3NH2)=n2 = 2,0 10-3 mol ;
Dans quel sens évolue ce système ?
Qr i =[
NO2-aq]i [CH3NH3+ aq]i / ([HNO2 aq]i [CH3NH2 aq]i )= 0 x 0 / (n1 x n2) = 0
Qr i < K, le système évolue donc dans le sens direct.
Exprimer le quotient de réaction  à l'équilibre en fonction de l'avancement final xf.
Qr éq=[NO2-aq]éq [CH3NH3+ aq]éq / ([HNO2 aq]éq [CH3NH2 aq]éq )

avancement (mol)
CH3NH2 aq + HNO2 aq = NO2-aq CH3NH3+ aq
initial
0
n2 n1 0
0
en cours
x
n2-x
n1-x x
x
fin
xf
n2-xf n1-xf xf xf

Qr éq= xf2 / [(n1-xf)(n2-xf)].
La résolution de cette équation donne xf =2 10-3 et 5 10-3.
Calculer le taux d'avancement final et conclure.
La valeur xf = 5 10-3car l'avancement final ne peut pas être supérieur à xmax.
Dans l'hypothèse d'une réaction totale,
CH3NH2 constitue le réactif limitant et xmax = n2 = 2,0 10-3 mol
Taux d'avancement final : t = xf /xmax =2,0 10-3 / 2,0 10-3  = 1
Le taux d'avancement final étant égal à 1, la réaction est totale.







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