Aurélie 04/12/07
 

Invariance du quotient de réaction à l'équilibre d'un système quelque soit l'état initial. bacS

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On dispose d'une solution d'acide éthanoïque, notée S0, de concentration en soluté apporté c0 = 1,0 10-2 mol/L

On dispose d'une solution d'acide méthanoïque, notée S'0, de concentration en soluté apporté c'0 = 1,0 10-2 mol/L.

Dilution des solutions d'acide éthanoïque et méthanoïque.

A partir de la solution mère d'acide éthanoïque, on prépare :

50 mL d'une solution S1 de concentration c1=1,0 10-3 mol/L.

Facteur de dilution F= concentration mère / concentration fille

F= c0/c1 = 1,0 10-2 /1,0 10-3 = 10.

De plus F= volume solution fille / volume solution mère

Volume de solution mère à prélever = volume solution fille / F = 50/10 = 5 mL.

Prélever 5 mL de solution mère à la pipette jaugée + pipeteur

Placer dans la fiole jaugée de 50,0 mL et compléter jusqu'au trait de jauge à l'aide d'eau distillée.

Agiter pour rendre homogène.

50 mL d'une solution S2 de concentration c2=5,0 10-3 mol/L.

F= c0/c2 = 10-2/5 10-3 = 2

Vmère = 50/2 = 25 mL.

 


Mesures conductimétriques :

Mesure de la conductivité de solutions d'acide éthanoïque et d'acide méthanoïque de différentes concentrations.

solution
S0 : 1,0 10-2 mol/L = 10 mol m-3
S1 : 1,0 10-3 mol/L = 1,0 mol m-3
S2 : 5,0 10-3 mol/L = 5,0 mol m-3
conductivité s S m-1
acide éthanoïque
1,6 10-2
4,7 10-3
1,1 10-3
acide méthanoïque
4,85 10-2
1,34 10-2
3,44 10-3

Equations des réactions de ces acides avec l'eau :

CH3COOH + H2O = CH3COO-+ H3O+

HCOOH + H2O = HCOO- + H3O+.

Espèces chimiques responsables de la conductivité :

Les ions éthanoate CH3COO- et oxonium H3O+.

Les ions méthanoate HCOO- et oxonium H3O+.

Tableau descriptif de l'évolution du système :


avancement (mol)
CH3COOH
+ H2O
=CH3COO-
+ H3O+
initial
0
ci V =0,05 ci
solvant en large excès
0
0
en cours
x
0,05 ci -x
x
x
fin( si réaction totale)
xmax
0,05 ci -xmax
xmax
xmax
fin( si équilibre)
xéq
0,05 ci - xéq
xéq
xéq
xmax = 0,05 ci mol.

 


Relation existant entre les concentrations à l'équilibre

[CH3COO-] = [H3O+]= xéq / V = xéq / 0,05 = 20 xéq mol/L = 2,0 104 xéq mol m-3.

[CH3COOH]= (0,05 ci - xéq)/V = ci - 20 xéq mol/L = (ci - 20 xéq ) 103 mol m-3.

 

Expression du taux d'avancement :

t = xéq / xmax = xéq/(ci*0,05)=20 xéq/ci.

Quotient de réaction à l'équilibre :

Q r éq = [CH3COO-]éq [H3O+]éq / [CH3COOH] éq .

Q r éq = (20 xéq)2/ ( ci - 20 xéq) = t2ci 2 /(ci-tci)

Q r éq = t2ci / (1-t).

 

 

 




Montrons que la mesure de la conductivité de ces solutions permet de connaître la grandeur à déterminer.

lH3O+ = 35 10-3 S m2 mol-1 ; l CH3COO- = 4,09 10-3 S m2 mol-1 ; l HCOO- = 5,46 10-3 10-3 S m2 mol-1.

Conductivité de la solution à l'équilibre :

s = lH3O+[H3O+]éq + l CH3COO-[CH3COO-]éq

s = lH3O+ 2,0 104 xéq + l CH3COO- 2,0 104 xéq

s =(lH3O+ + l CH3COO- ) 2,0 104 xéq

xéq = s / [(lH3O+ + l CH3COO- ) 2,0 104].

acide éthanoïque : xéq = s / [(35+4,09) 20] = 0,05 s /39,09.

acide méthanoïque : xéq = s / [(35+5,46) 20] = 0,05 s /40,46.

Les mesures conductimétriques permettent de déterminer l'avancement final, et en conséquence le taux d'avancement ainsi que le quotient de réaction à l'équilibre.

Calcul de t et Q r éq pour les trois solutions d'acide éthanoïque.

concentration ci (mol m-3)
S0 : 1,0 10-2 mol/L = 10 mol m-3
S1 : 1,0 10-3 mol/L = 1,0 mol m-3
S2 : 5,0 10-3 mol/L = 5,0 mol m-3
xmax = 0,05 ci (mol)
0,05*0,01 = 5,0 10-4
5,0 10-5
2,5 10-5
xéq =0,05 s /39,09
2 10-5
6 10-6
1,4 10-6
t = xéq / xmax
0,040
0,12
0,056
Q r éq = t2ci / (1-t).
1,67 10-5
1,64 10-5
1,66 10-5

Que peut-on dire des valeurs obtenues ?

Q r éq est une constante, indépendante des concentrations initiales.

Q r éq est la constante d'acidité Ka du couple CH3COOH / CH3COO-.

t dépend des concentrations initiales et de la constante d'équilibre.

 



 
Calcul de t et Q r éq pour les trois solutions d'acide méthanoïque.

concentration ci (mol m-3)
S0 : 1,0 10-2 mol/L = 10 mol m-3
S1 : 1,0 10-3 mol/L = 1,0 mol m-3
S2 : 5,0 10-3 mol/L = 5,0 mol m-3
xmax = 0,05 ci (mol)
0,05*0,01 = 5,0 10-4
5,0 10-5
2,5 10-5
xéq =0,05 s /40,46
6 10-5
1,65 10-5
4,25 10-6
t = xéq / xmax
0,12
0,33
0,17
Q r éq = t2ci / (1-t).
1,63 10-4
1,62 10-4
1,74 10-4

Que peut-on dire des valeurs obtenues ?

Q r éq est une constante, indépendante des concentrations initiales.

Q r éq est la constante d'acidité Ka du couple HCOOH / HCOO-.

t dépend des concentrations initiales et de la constante d'équilibre.

 

concentration ci (mol m-3)
S0 : 1,0 10-2 mol/L = 10 mol m-3
S1 : 1,0 10-3 mol/L = 1,0 mol m-3
S2 : 5,0 10-3 mol/L = 5,0 mol m-3
Ka=Qr éq

CH3COOH/CH3COO-

1,67 10-5
1,64 10-5
1,66 10-5

HCOOH /HCOO-

1,63 10-4
1,62 10-4
1,74 10-4
t

CH3COOH/CH3COO-

0,04
0,12
0,056

HCOOH /HCOO-

0,12
0,33
0,17

A concentration égale, le taux d'avancement est d'autant plus élevé que la constante d'acidité est grande.





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