Constante d'équilibre, équation d'oxydoréduction, produit de solubilité, concours ingénieur

En poursuivant votre navigation sur ce site, vous acceptez l’utilisation de Cookies vous proposant des publicités adaptées à vos centres d’intérêts.



 


Exercice 1.
La constante de dissociation de l'acide méthanoïque HCOOH est égale à 2 10-4.

Ecrire l'équation de l'équilibre chimique de cet acide dans l'eau.
HCOOH aq + H2O(l) = HCOO-aq + H3O+aq.
Donner l'expression de la constante d'équilibre.
Ka = [
HCOO-][H3O+] / [HCOOH] .
Calculer le pKa de l'acide méthanoïque
.
pKa = -log Ka = -log(2 10-4) =3,7.
Calculer le pH d'une solution d'acide méthanoïque de concentration c = 10-2 mol/L
.

avancement volumique(mol/L)
HCOOH aq + H2O(l) = HCOO-aq + H3O+aq
initial
0
c
solvant
0
0
à l'équilibre
x
c-x=10-2-x
x
x
2 10-4 = x2/(10-2-x) ; 2 10-6-2 10-4 x = x2.
x2+2 10-4 x- 2 10-6=0.
D = 4 10-8+8 10-6 =8,04 10-6 ; D½ =2,8355 10-3.
Racine positive : x =½(
2,8355 10-3-2 10-4) =1,318 10-3.
[
H3O+aq]~1,32 10-3 mol/L ; pH = -log(1,32 10-3) = 2,88 ~2,9.
Exercice 2: équilibrer les équations suivantes :
CN-+MnO4-+H2O = CNO-+MnO2+OH-.
Bilan sur l'élément hydrogène :
CN-+MnO4-+H2O = CNO-+MnO2+2OH-.
Bilan des charges : 3CN-+2MnO4-+H2O = 3CNO-+2MnO2+2OH-

C2H5OH + Cr2O72-+H+ = C2H4O2 +Cr3+ +H2O.
Nombre d'oxydation du carbone dans
C2H5OH : 2x+6-2 =0 soit x =-2.
Nombre d'oxydation du carbone dans
C2H4O2 : 2x+4-4=0 soit x = 0.
Variation : 2*2 = 4 pour deux atomes de carbone.
Nombre d'oxydation de l'élément chrome dans
Cr2O72- : 2y-7*2 = -2 soit y = 6
Nombre d'oxydation du chrome dans
Cr3+ : 3
Variation 2*3 = 6 pour deux atomes de chrome.
Par suite : 6
C2H5OH + 4Cr2O72-+H+ = 6C2H4O2 +8Cr3+ +H2O.
Bilan des charges : 6C2H5OH + 4Cr2O72-+32H+ = 6C2H4O2 +8Cr3+ +H2O.
Bilan sur l'élément hydrogène :
6C2H5OH + 4Cr2O72-+32H+ = 6C2H4O2 +8Cr3+ +22H2O.


MnO4-+ H2O2 + H+ = Mn2+ +O2 +H2O.
Le nombre d'oxydation du manganèse passe de 7 dans MnO4- à 2 dans Mn2+ : variation  5.
Le nombre d'oxydation de l'élément oxygène passe de -1 dans
H2O2 à 0 dans O2 : variation 1.
Par suite : 2
MnO4-+ 5H2O2 + H+ = 2Mn2+ +O2 +H2O.
Bilan des charges :
2MnO4-+ 5H2O2 + 6H+ = 2Mn2+ +O2 +H2O.
Bilan sur l'élément hydrogène :
2MnO4-+ 5H2O2 + 6H+ = 2Mn2+ +O2 +8H2O.
Bilan sur l'élément oxygène :
2MnO4-+ 5H2O2 + 6H+ = 2Mn2+ +5O2 +8H2O.

MnO2+KOH+KClO3 = K2MnO4 +KCl + H2O.
Le nombre d'oxydation du manganèse passe de 4 dans
MnO2 à 6 dans K2MnO: variation de 2.
Le nombre d'oxydation de l'élément chlore passe de 5 dans
KClO3 à -1 dans KCl : variation 6.
Par suite :
3MnO2+KOH+KClO3 = 3K2MnO4 +KCl + H2O.
Bilan sur l'élément potassium :
3MnO2+6KOH+KClO3 = 3K2MnO4 +KCl + H2O.
Bilan sur l'élément hydrogène :
3MnO2+6KOH+KClO3 = 3K2MnO4 +KCl + 3H2O.

PbO2 +H3O+ +Mn2+ = MnO4- +Pb2+ +H2O.
Le nombre d'oxydation de l'élément manganèse passe de 2 dans
Mn2+ à 7 dans MnO4- : variation de 5.
Le nombre d'oxydation de l'élément plomb passe de 4 dans
PbO2 à 2 dans Pb2+: variation de 2.
Par suite :
5PbO2 +H3O+ +2Mn2+ = 2MnO4- +5Pb2+ +H2O.
Bilan des charges :
5PbO2 +4H3O+ +2Mn2+ = 2MnO4- +5Pb2+ +H2O.
Bilan sue l'élément hydrogène :
5PbO2 +4H3O+ +2Mn2+ = 2MnO4- +5Pb2+ +6H2O.

.


Exercice 3.
Ecrire la constante de l'équilibre suivant
.
NH3+H2O = NH4+ +HO-.
K = [
NH4+][HO-] / [NH3].
Sachant que K = 1,8 10-5 à 23°C, calculer le coefficient de dissociation de l'ammoniaque si la concentration initiale en ammoniaque était c = 1 mol/L.

avancement volumique ( mol/L)
NH3 +H2O = NH4+ +HO-
initial
0
c =1
solvant 0
0
à l'équilibre
x
c-x
x
x
1,8 10-5 = x2 /(1-x) ; 1,8 10-5 -1,8 10-5x = x2 ; x2 +1,8 10-5x-1,8 10-5 =0
D = (
1,8 10-5)2+4*1,8 10-5 =7,2000324 10-5 ; D½ =8,485300 10-3.
Racine positive : ½(
-1,8 10-5+8,485300 10-3) =4,23365 10-3.
Coefficient de dissociation :
[NH4+] / c = 4,23 10-3.
Exercice 4.
On dispose initialement d'une solution 0,1 M de sulfate ferreux à pH = 2.On y ajoute progressivement de la soude.
A quelle valeur du pH observera-t-on un précipité d'hydroxyde ferreux ?
Ks(Fe(OH)2) = 1,6 10-14.
Fe(OH)2 s = Fe2+aq + 2HO-aq.
1,6 10-14=[Fe2+aq][HO-aq]2 avec [Fe2+aq] =0,1 mol/L en début de précipitation.
Par suite :
[HO-aq]2 =1,6 10-14/0,1 = 1,6 10-13 ; [HO-aq] =4,0 10-7 mol/L.
[H3O+aq] = 10-14 / (
4,0 10-7) =2,5 10-8 mol/L ; pH =-log(2,5 10-8 ) =7,6.

Exercice 5.
Calculer le potentiel de chacune des électrodes suivantes à 25°C par rapport au potentiel de l'électrode normale à hydrogène.
Lame d'argent dans une solution de nitrate d'argent à 10-3 mol/L.
Ag+aq + e- = Ag(s).
E = E°(Ag+aq/Ag(s) +0,06 log [Ag+aq].
E = 0,80 +0,06 log10-3 =0,62 V.
Lame d'argent plongeant dans une solution de chlorure de potassium à 10-2 mol/L, saturée de chlorure d'argent.
Ks(AgCl) = 1,6 10-10.
La concentration des ions chlorures est  voisine de 10-2 mol/L ; par suite celle des ions argent est :
[Ag+aq] =Ks(AgCl) /[Cl-] = 1,6 10-10 / 10-2 =1,6 10-8 mol/L.
E = E°(Ag+aq/Ag(s) +0,06 log [Ag+aq].
E = 0,80 +0,06 log(
1,6 10-8)=0,33 V.





Exercice 6.
Calculer le Ks à 25°C du fluorure de calcium CaF2, sachant qu'à cette température la solubilité est 2,14 10-4 mol/L.
CaF2(s) = Ca2+aq + 2F-aq.
Ks = [
Ca2+aq][F-aq]2 avec [Ca2+aq] = s = 2,14 10-4 mol/L.
La solution est électriquement neutre : 2
[Ca2+aq] = [F-aq].
Ks = s(2s)2 = 4s3 =4(
2,14 10-4)3 =3,92 10-11.
On réalise une solution de magnésie Mg(OH)2 à 25°C. Ks(Mg(OH)2) = 5,9 10-12.
Calculer la solubilité en mol/L et g/L de la magnésie.
Mg(OH)2 (s) = Mg2+aq +2HO-aq.(1)
Ks = [
Mg2+aq][HO-aq]2 ; on pose s =[Mg2+aq] ; par suite [HO-aq]= 2s.
Ks =4s3 ; s =  (0,25 *5,9 10-12)1/3 =1,1384 10-4 ~1,14 10-4 mol/L.
M(magnésie) = 24,3+2*(16+1) = 58,3 g/mol ; s =
1,14 10-4 *58,3 =6,6 10-3 g/L.
Calculer le pH de la solution.
pH = 14 + log
[HO-aq] = 14 + log(2,28 10-4) =10,4.
On ajoute 0,1 mol de soude à 1 L de solution saturée de magnésie.
Que se passe-t-il ? Calculer la nouvelle solubilité de la magnésie.
L'équilibre
(1) est déplacé dans le sens indirect, précipitation de la magnésie.
La soude étant en large excès,
[HO-aq] ~0,1 mol/L.
Par suite :
[Mg2+aq] =Ks / [HO-aq]2= 5,9 10-12 / 0,01 = 5,9 10-10 mol/L.




  

menu