Aurélie 05/06

Acide éthanoïque : conductimétrie ; d'après concours manipulateur électroradiologie médicale Toulouse 2006

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acide éthanoïque (8 pts)

Formule de l'acide éthanoïque CH3-COOH.

Conductivité molaire ionique ( S m² mol-1) : l H3O+ =35 10-3 ; l CH3COo- =4,1 10-3 .

Matériel : éprouvette graduée de 50 mL et 100 mL ; fioles jaugées de 50,0mL, 100,0 mL, 200,0 mL ; burette de 25,0 mL ; pipettes graduées de 5 mL et 10 mL ; pipettes jaugées de 5,0 mL ; 10,0 mL et 20,0 mL.

La réaction entre l'acide éthanoïque et l'eau n'est pas totale. On se propose d'étudier l'influence de la dilution sur le taux d'avancement final de cette réaction et sur le quotient de réaction à l'équilibre Qr éq. On dispose au départ d'une solution aqueuse S1 d'acide éthanoïque de concentration c1 = 1,00 10-1 mol/L. A partir de cette solution on fabrique une solution S2 dix fois plus diluée que S1 et une solution S3 de concentration c3= 5,00 10-3 mol/L.

Pour les mesures de conductivités on utilise le même volume V de chaque solution.

  1. Choisir dans la liste ci-dessus le matériel nécessaire pour fabriquer S2 en justifiant. Préciser la valeur de c2.
  2. Ecrire l'équation chimique de la réaction de l'acide éthanoïque avec l'eau.
  3. Expliquer ce que représente l'avancement maximal. Exprimer l'avancement maximal xmax en fonction de "c" concentration de la solution et V, volume de la solution. ( utiliser un tableau d'avancement).
  4. Exprimer la conductivité s de la solution en fonction de la concentration en ion oxonium [H3O+]éq et des conductivités molaires ioniques des ions.
    - En déduire l'expression permettant de calculer [H3O+]éq à partir de s.
  5. Définir le taux d'avancement final de la réaction étudiée.
    - L'exprimer en fonction de [H3O+]éq et de la concentration en soluté apporté c.
  6. Exprimer le quotient de réaction à l'équilibre Qr éq en fonction de [H3O+]éq et de la concentration en soluté apporté c.
  7. Que peut-on dire de l'influence de la dilution sur le taux d'avancement final de la réaction étudiée et sur la dissociation de l'acide dans l'eau ?
  8. Que peut-on dire de l'influence de la dilution sur le quotient de réaction à l'équilibre Qr éq ?
    Comment appelle t-on ce quotient de réaction à l'équilibre ?

corrigé
matériel nécessaire pour fabriquer S2 :

le facteur de dilution est égal à F=10.

de plus F= volume de la fiole jaugée / volume de la pipette jaugée = 10

d'où : fiole jaugée 50,0mL et pipette jaugée 5,0 mL; ou fiole jaugée 100,0mL et pipette jaugée 10,0 mL; ou fiole jaugée 200,0mL et pipette jaugée 20,0 mL.

valeur de c2 = c1/10 = 1,00 10-2 mol/L.

équation chimique de la réaction de l'acide éthanoïque avec l'eau :

CH3COOH + H2O =CH3COO- + H3O+.

avancement maximal : xmax

pour une réaction totale, l'avancement maximal est égal à la quantité de matière (mol) du réactif limittant ; lorsque l'avancement maximal est atteint, la réaction s'arrête du fait du défaut d'un réactif.


avancement (mol)
CH3COOH
+ H2O
=CH3COO-
+ H3O+
initial
0
cV
solvant en grand excès
0
0
en cours
x
cV-x
x
x
final
xmax
cV-xmax
xmax
xmax
si CH3COOH en défaut : cV-xmax =0 soit xmax = cV.

conductivité s de la solution en fonction de la concentration en ion oxonium [H3O+]éq et des conductivités molaires ioniques des ions :

s = l H3O+ [H3O+]éq + l CH3COo-[CH3COO-]éq

la solution est électriquement neutre d'où : [H3O+]éq =[CH3COO-]éq

par suite s =(l H3O+ + l CH3COo-) [H3O+]éq

[H3O+]éq = s /(l H3O+ + l CH3COO-) = s /(35 10-3 + 4,1 10-3) = 1000s /39,1 mol m-3.

l H3O+ =35 10-3 ; l CH3COo- =4,1 10-3 .

taux d'avancement final de la réaction étudiée : t = xfin / xmax.

xfin = [H3O+]éq V ; xmax = cV ; t =[H3O+]éq /c.

quotient de réaction à l'équilibre Qr éq en fonction de [H3O+]éq et de la concentration en soluté apporté c :

Qr éq = [H3O+]éq [CH3COO-]éq / [CH3COOH]éq = [H3O+]éq2 /[CH3COOH]éq

conservation de l'élément carbone : [CH3COOH]éq + [CH3COO-]éq = c

d'où [CH3COOH]éq = c-[CH3COO-]éq =c-[H3O+]éq

par suite : Qr éq = [H3O+]éq2 /(c-[H3O+]éq)

Influence de la dilution sur le taux d'avancement final de la réaction étudiée et sur la dissociation de l'acide dans l'eau :

en ajoutant de l'eau ( dilution, on déplace l'équilibre dans le sens consommation de l'eau ( donc dans le sens direct); il se forme davantage d' ions H3O+

L'acide est plus dissocié ; le taux d'avancement final se rapproche de 1.

influence de la dilution sur le quotient de réaction à l'équilibre Qr éq :
Qr éq ou constante d'acidité Ka du couple ( acide éthanoïque / ion éthanoate) ne dépend que de la température ( et non pas de la dilution).


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