Une solution d’acide chlorhydrique et une solution d’acide éthanoïque ont le même pH.

En diluant 10 fois la première solution, on obtient une solution S₁ de pH égal à pH₁.

En diluant 10 fois la deuxième solution, on obtient une solution S₂ de pH égal à pH₂ :

pH₁ et pH₂  vérifient : (justifier)

- La réaction entre le chlorure d’hydrogène et l’eau est une réaction totale :

  HCl _(g)  +  H₂O _(ℓ)  →  Cl ^– _(aq)  +  H₃O⁺_(aq)

- La réaction entre l’acide éthanoïque et l’eau conduit à un équilibre chimique :

CH₃COOH _(aq)  +  H₂O _(ℓ)  =  CH₃COO ^– _(aq)  +  H₃O ⁺ _(aq) 

- Le fait d’ajouter de l’eau à la solution d’acide chlorhydrique ne modifie pas les quantités de matière d’ions chlorure et d’ions oxonium présents.

- Il s’agit simplement d’une dilution et la valeur du pH augmente

- (on peut même dire que le pH augmente de 1 unité pH car la concentration en ions oxonium a été divisée par 10).

- Le fait d’ajouter de l’eau à la solution d’acide éthanoïque modifie l’équilibre.

- En conséquence, on modifie la quantité de matière en ions oxonium :

- elle augmente car on déplace l’équilibre dans le sens de la formation des ions oxonium et des ions éthanoate.

- La solution d’acide éthanoïque diluée contient plus d’ions oxonium que la solution d’acide chlorhydrique diluée.

- En conséquence : pH₁  >  pH₂ .

Soit une solution telle que : [Ag ⁺] = 4,0 x 10 ^{– 2} mol / L et [SO₄^{2 –}] = 1,0 x 10 ^{– 2} mol / L

Équation bilan : 

La constante de l’équilibre a pour valeur : K = 1,6 x 10 ^{– 5}.

Si on double la concentration en ions argent, alors la concentration en ions sulfate …

- Expression du quotient de réaction : Q _r  = [Ag ⁺] ². [SO₄ ^{2 –}]

- À l’équilibre, on peut écrire : Q _r,eq  = [Ag ⁺]² _eq. [SO₄ ^{2 –}] _eq ≈ 1,6 x 10 ^–5

- Si on double la valeur de la concentration en ions argent, alors :

- Il faut diviser par 4 la concentration en ions sulfate pour respecter la constante d’équilibre de la réaction.

Écrire les équations des réactions suivantes ainsi que les expressions littérales de leurs quotients de réaction.

a)- Réaction de l’ion argent (couple Ag ⁺ / Ag) sur le cuivre métallique (couple Cu ²⁺ / Cu).

- Équation de la réaction et quotient de réaction :

- 

b)- Réaction les ions oxonium sur l’hydroxyde de zinc II { Zn(OH)_{2 (s)}} donnant des ions Zn²⁺ et de l’eau.

- 

c)- Dissolution de l’hydroxyde de fer III { Fe(OH)_{3 (s)}}  dans l’eau.

- 

d)- Réaction du fer métallique (couple Fe ²⁺ / Fe) sur le diiode (couple I ² / I ^–).

- 

On mélange 20 mL de solution d’iodure de potassium à 1,0 x 10 ^{– 3} mol / L et 15 mL de solution de chlorure de fer III à 2,0 x 10 ^{– 3} mol / L.

a)- Écrire l’équation de la réaction qui se produit entre l’ion iodure (couple I ₂ / I ^–) et l’ion fer III (couple Fe ³⁺ / Fe ²⁺).

- Équation de la réaction :

b)- Présenter un tableau l’évolution du système chimique.

- Solution d’iodure de potassium : 

- Solution de chlorure de fer III : 

-  Tableau d'avancement :  

c)- Calculer le quotient de réaction pour un avancement x égal à 4,0 x 10 ^{– 6} mol.

- Expression du quotient de réaction :

- 

- Valeur de Q _r :

-   

Le taux d’avancement final de la réaction de l’acide benzoïque sur l’eau est 0,88 à 25 ° C dans une solution de concentration C = 1,0 x 10 ^{– 5} mol / L. 

Quelle est à cette température, la constante de réaction K de la réaction de l’acide benzoïque sur l’eau.

- Constante d’équilibre de la réaction entre l’acide benzoïque et l’eau.

C₆H₅COOH _(aq) +  H₂O _(ℓ)  =  C₆H₅COO ^– _(aq)  +  H ₃O⁺_(aq)

- Quotient de la réaction à l’équilibre :

- 

AH _(aq) +  H₂O _(ℓ)  =  A ^– _(aq)  +  H₃O⁺_(aq)

- En conséquence :  x_f =  n_f  (H₃O⁺)  =  [H₃O⁺]_eq . V = 10 ^{– pH} . V

- D’autre part :

- 

- Expression du taux d’avancement de la réaction :

- 

- Avec :

-  [C₆H₅COOH]_eq   + [C₆H₅COO ^–]_eq  = C et  [C₆H₅COO ^–]_eq  = [H ₃O⁺]_eq  = τ . C 

- [C₆H₅COOH ]_eq + [ C₆H₅COO ^–] _eq = [ AH ]_app =  C

- [C₆H₅COOH ]_eq  =  C  –  [ C₆H₅COO ^– ] _eq

- [C₆H₅COOH]_eq  =  C  –  τ . C

- [C₆H₅COOH]_eq  = C . (1  –  τ )

- Expression du quotient de réaction à l’équilibre en fonction de τ .

- 

- Valeur de la conqtante d'équilibre de la réaction :

-  K = Q _{r, eq}

- 

-  K = 6,45 x 10 ^–5

Une solution aqueuse de chlorure d’ammonium NH₄Cl de concentration C₀ = 5,0 x 10 ^{– 2} mol / L a un pH = 5,3 à 25 °C.

a)-  Cette solution est-elle acide ou basique ? Rappeler la définition d’un acide et l’appliquer à l’ion ammonium. Quelle est sa base conjuguée ?

- Le pH de la solution de chlorure d’ammonium est inférieur à 7. La solution de chlorure d’ammonium est acide.

- Définition d’un acide : un acide est une espèce capable de céder au moins un proton H ⁺.

-  AH = A ^–  + H⁺

- Dans le cas de l’ion ammonium : 

-  NH₄⁺  =  NH₃  + H⁺.

- On est en présence du couple acide / base :

- L’ammoniac est la base conjuguée de l’ion ammonium.

b)- Calculer la concentration en ions oxonium.

- Concentration en ions oxonium.

- On connaît le pH de la solution, on peut en déduire la concentration en ions oxonium :

- [H₃O ⁺]_f  = 10 ^{– pH} mol / L

- [H₃O ⁺]_f  = 10 ^{– 5,3} mol / L

- [H₃O ⁺]_f  ≈ 5,0 x 10 ^{– 6} mol / L

c)- en déduire le taux d’avancement final de la réaction de l’ion ammonium sur l’eau.

- Taux d’avancement de la réaction de l’ion ammonium sur l’eau. _max

- En conséquence : 

- x_f =  n_f  (H₃O ⁺) =  [H₃O ⁺]_f . V = 10 ^{– pH} . V

- 

- On tire l’expression suivante :

- 

- Valeur du taux d’avancement :

-   Le taux d’avancement est très faible.

d)- Calculer la constante de la réaction de l’ion ammonium sur l’eau.

  NH₄⁺ _(aq) +  H₂O _(ℓ)  =  NH_{3 (aq)}  +  H₃O⁺ _(aq) 

- expression de la constante d’équilibre :

- 

- D’après le tableau d’avancement de la réaction, on peut écrire que :

- 

- Conservation de la matière :

- [NH₃]_eq = [ H₃O⁺ ]_eq = τ . C₀ 

-  [NH₄⁺]_eq + [NH₃] _eq = [AH]_app =  C₀  =>    [NH₄ ⁺] _eq  =  C₀  –  [ NH₃]_eq

- [NH₄⁺]_eq  =  C₀  –  τ . C₀

- [NH₄⁺]_eq  = C₀ . (1  –  τ )

- On en déduit l’expression de la constante d’équilibre en fonction de τ et C₀.

- 

e)- La constante d’équilibre de la réaction de l’acide éthanoïque sur l’eau est égale à 1,78 x 10 ^{– 5}.

-  Le plus grand taux d’avancement final de la réaction sur l’eau est-il, à la même concentration, celui de l’acide éthanoïque ou celui de l’ion ammonium ?

- Équation de la réaction entre l’acide éthanoïque et l’eau.

CH₃COOH _(aq)  +  H₂O _(ℓ)  =  CH₃COO ^– _(aq)  +  H₃O ⁺ _(aq) 

- Constante l’équilibre :

-   

- Il faut comparer τ₁ et τ sachant que ,  et K₁ > K.

- 

- On peut faire une étude rapide ou une étude détaillée.

- Étude rapide : 

- Étude détaillée : On suppose que τ₁ > τ  (τ₁  et τ sont des grandeurs telles que  0 < τ₁ < 1 et 0 < τ  < 1)

- Si τ₁ > τ  =>  τ₁² > τ ² (1)

- D’autre part :  

- Multiplions la relation (1) par , il vient :

- 

- Multiplions la relation (2) par τ₁², il vient :

- 

- En combinant (3) et (4), il vient :

- 

- Ceci est bien en accord avec la condition initiale.

- A concentration égale,  K₁ >  K  =>  τ₁ >  τ