Janvier 2003 |
Exercice III : Réactions en solution aqueuse. (6 points) |
|
![]() |
Données :
les mesures sont effectuées à 25 ° C. |
|
Acide éthanoïque / Ion éthanoate : |
|
Ion ammonium / Ammoniac : |
|
|
|
1.1. |
On appelle produit ionique de l’eau, la constante d’équilibre liée
à
la réaction suivante : H2O (ℓ) + H2O (ℓ) = H3O+ (aq) + HO–(aq) Ke = [H3O+]eq.[HO –]eq |
I
I |
|||||||||||||||||||||||||
1.2. |
Valeur du produit ionique de l’eau : c’est la constante d’acidité du couple : H2O (ℓ) / HO– (aq) pKA4 = 14 H2O (ℓ) + H2O (ℓ) = H3O+ (aq) + HO–(aq) (1) KA4
= K
e = 10
– 14
|
I
I |
|||||||||||||||||||||||||
2.1. |
Réaction entre l’acide éthanoïque et l’eau : CH3COOH
(aq)
+ H2O
(ℓ)
=
H3O+(aq)
+ CH3COO–
(aq)
(1)
|
I |
|||||||||||||||||||||||||
2.2. |
Diagramme de prédominance :
L’espèce
qui prédomine est l’acide
CH3COOH
car
pH <
pKA. |
I
I |
|||||||||||||||||||||||||
2.3.a |
Avancement
final : - x1f = [ H3O+ ]eq . V 1 avec [ H3O+ ]eq = 10– pH mol / L - x1f ≈ 10 – 3,2 × 10 × 10 – 3 -
x1f
≈
6,3
× 10
– 6
mol
|
I |
|||||||||||||||||||||||||
2.3.b |
Avancement maximal : comme l’eau est en large excès, l’acide éthanoïque est le réactif limitant. - n1 – xmax = 0 - xmax = n1 = C1 . V1 ≈ 2,0 × 10–2 × 10 × 10–3 - xmax ≈ 2,0 × 10 – 4 mol |
I |
|||||||||||||||||||||||||
2.3.c |
Taux d’avancement :
|
I |
|||||||||||||||||||||||||
2.3.d |
On est en présence d’un équilibre chimique. Seulement 3,2 % des molécules d’acide éthanoïque se sont transformées en ions éthanoate. |
I |
|||||||||||||||||||||||||
3.1. |
Réaction entre l’ammoniac et l’eau : NH3 (aq) + H2O (ℓ) = NH4+(aq) + HO–(aq) (2) |
I |
|||||||||||||||||||||||||
3.2. |
Domaine
de prédominance :
à
pH >
pKA, c’est la base
NH3 qui prédomine |
I
I |
|||||||||||||||||||||||||
3.3. |
Avancement final : - x2f = [ HO– ]eq . V2 = 10– pH - pKe . V2 - x2f ≈ 1010,6 – 14 × 10 × 10–3 - x2f
≈
4,0 × 10–6
mol
Avancement maximal : - n2 - xmax = 0 - xmax = n2 = C2 . V2 ≈ 1,0 × 10–2 × 10 × 10–3 - xmax ≈ 1,0 × 10 – 4 mol Taux d’avancement :
Le résultat est cohérent avec la question 3.2 car seulement 4 % des molécules d'ammoniac se sont transformées en ions ammonium. Les molécules d’ammoniac prédominent devant les ions ammonium. |
I
I
I
I |
|||||||||||||||||||||||||
4.1. |
Quotient de réaction dans l’état initial :
|
I |
4.2. |
Comparaison de Qr, i et K :
Qr,eq < K, le système va évoluer dans le sens direct de l’équation de la réaction |
I
I |
|||||||||||||||||||||||||||||||
4.3. |
Expression de Qr,eq en fonction de x3f.
En ordonnant, on obtient : (K – 1) . x3f 2 – K . ( n1 + n2 ) . x3f + K . n1 . n2 = 0 Il faut résoudre une équation du second degré en x3f.
Or :
0
≤ x3f
≤ xmax
avec xmax ≈
1,0
× 10–4 mol La bonne solution est x3f = xmax = x’'3f ≈ 1,0 × 10–4 mol |
I
I
I
I
I |
|||||||||||||||||||||||||||||||
4.4. |
La réaction est quasi totale car: x3f = xmax = x’'3f ≈ 1,0 × 10– 4 mol ou K > 10 4 .
En fin de réaction, à l’état final : - n (CH3COOH) = n (CH3COO– ) - [CH3COOH]eq = [CH3COO–]eq
-
|
I
I
I
I |