TP Chimie N° 04, Détermination expérimentale du quotient de réaction, énoncé, terminale S, tstp04ch

TP Chimie  N° 04

Détermination expérimentale

 du quotient de réaction. 

Enoncé.

Correction

 

 

I - Protocole expérimental.

II- Exploitation des résultats.

Correction

 

 
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Programme 2012 :

Physique et Chimie

Programme 2020 :

Physique et Chimie

 

Objectifs :  

 Détermination par conductimétrie du quotient de réaction de

l’acide formique (méthanoïque) sur l’eau à différentes concentrations.

I- Protocole expérimental.  

1)- Préparation des trois solutions d’acide formique à partir de la solution mère S de concentrations C = 0,10 mol / L.

mainPréparer 100,0 mL des trois solutions suivantes, à partir de la solution mère :

-  S 1 de concentration C 1 = 1,0 x 10 – 2 mol / L.

-  S 2 de concentration C 2 = 2,5 x 10 – 2 mol / L.

-  S 3 de concentration C 3 = 5,0 x 10 – 2 mol / L.

2)- Mesure de la conductance G de la solution étalon.

Schématiser et effectuer le montage du conductimètre :

montage du conductimètre

 

mainVerser environ 80 mL de la solution étalon S 0 d’acide chlorhydrique  de concentration C0 = 1,0 x 10 – 2 mol / L dans un bécher.

-  Régler le G.B.F. sur courant alternatif sinusoïdal, fréquence f = 500 Hz et la valeur de la tension sur  U = 1,00 V.

-  Plonger la cellule conductimétrique dans la solution. Faire les réglages nécessaires et attendre que le système soit stable. Effectuer la mesure.

3)- Mesure de la conductance des trois solutions.

mainPour rincer la cellule, la tremper dans un bécher annexe contenant un peu de solution S3.

-  Plonger ensuite la cellule dans un autre bécher contenant la solution S3 et procéder comme pour la solution étalon.

mainRecommencer ces opérations avec les solutions S2 et S1.

4)- Mesures : présenter les différentes mesures sous forme de tableau.

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II- Exploitation des résultats.  

1)- Étude de la solution étalon.

écritÉcrire l’équation de la réaction entre le chlorure d’hydrogène et l’eau.

-  Donner la relation liant la conductance G0, la conductivité de la solution σ0 et les caractéristiques de la cellule.

-  exprimer σ0 en fonction des conductivités molaires ioniques et des concentrations des ions qu’elle contient.

-  Sachant que la réaction entre le chlorure d’hydrogène et l’eau est totale, simplifier cette expression. On note :

-  k0 = (λ (H3O +) + λ (Cl –)) =>  k0 ≈ 42,61 x 10 – 3 S. m 2 .mol – 1  

-  remplacer σ0 par l’expression trouvée précédemment dans celle de la conductance

-  Montrer que : conductance G0 (a).

 

2)- étude de la solution S 1 d’acide formique.

écritÉcrire l’équation de la réaction entre l’acide formique (HCOOH) et l’eau.

-  Donner la relation liant la conductance G1, la conductivité de la solution σ1 et les caractéristiques de la cellule.

-  exprimer σ1 en fonction des conductivités molaires ioniques et des concentrations des ions qu’elle contient.

-  simplifier cette expression en exprimant les concentrations en ions oxonium et en ions méthanoate

-  en fonction du taux d’avancement de la réaction et de la concentration C1 de la solution. On note

-  k 1 = (λ (H 3 O +) + λ (HCOO –))  =>  k 1 ≈ 40,44 x 10 – 3 S. m 2 .mol – 1  

-  remplacer s 1 par l’expression trouvée précédemment dans celle de la conductance

-  Montrer que conductance G1  (b)

 

3)- Taux d’avancement de la réaction entre l’acide formique et l’eau.

Déterminer l’expression du rapport : rapport G1 / G0

-  Donner la relation permettant de calculer le taux d’avancement τ de la réaction. Montrer que :

-  taux d’avancement .

 4)- Calcul du taux d’avancement de la réaction.

écritCalculer le taux d’avancement de la réaction entre l’acide formique et l’eau pour les solutions S1, S2 et S3.

-  Présenter les résultats sous forme de tableau. Comparer et conclure.

 

Solution

S1

S2

S3

S0

Concentrations mol / L

  

  

   

   

Conductance G mS

   

   

   

   

τ

   

   

   

   

Correction

   

   

   

   

 5)- Quotient de la réaction entre l’acide formique et l’eau.

écritDonner l’expression du quotient de réaction.

-  Donner l’expression du quotient de réaction à l’équilibre. Exprimer Q r,eq en fonction de τ et de la concentration de l’acide. Montrer que :

-  Q r,eq pour la solution S 1.

-  Calculer Q r,eq pour les solutions S 1, S 2 et S 3. Présenter les résultats sous forme de tableau. Comparer et conclure.

Matériel :

- Une fiole jaugée de 100 mL.

- Une fiole jaugée de 50 mL.

- Une fiole jaugée de 25 mL.

- Une pipette jaugée de 10 mL.

- 4 béchers.

- Verre à pied.

- Un  G.B.F (métrix).

- Une fiche BNC.

- Un multimètre noir (ampèremètre).

- Un multimètre jaune (voltmètre).

- 3 fils rouges longs et 3 fils noirs longs.

- Une cellule conductimétrique (S = 1 cm ², ℓ = 1 cm),

Solutions :

- Acide formique 0,10 mol / L (1 L / groupe)

- Acide chlorhydrique 0,010 mol / L (500 mL / groupe)

- Eau distillée (beaucoup).

Données :

λ (H3O +) = 35,0 mS. m 2 .mol – 1  

λ (Cl –) = 7,63 x 10 – 3 S. m 2 .mol – 1

λ (HCOO –) = 5,46  mS. m 2 .mol – 1 

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