TP Chimie N° 04 |
Détermination expérimentale du quotient de réaction. Enoncé. |
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Programme 2012 : Programme 2020 : |
Objectifs : Détermination par conductimétrie du quotient de réaction de l’acide formique (méthanoïque) sur l’eau à différentes concentrations. |
1)- Préparation des trois solutions d’acide formique à partir de la solution mère S de concentrations C = 0,10 mol / L.
Préparer 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 :
Verser 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.
Pour 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.
Recommencer ces opérations avec les solutions
S2
et S1.
4)- Mesures : présenter les différentes mesures sous forme de tableau.
II- Exploitation
des résultats.
1)- Étude de la solution étalon.
Écrire
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 :
(a).
2)- étude de la solution S 1 d’acide formique.
Écrire
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
(b)
3)- Taux d’avancement de la réaction entre l’acide formique et l’eau.
Déterminer
l’expression du rapport :
- Donner la relation permettant de calculer le taux d’avancement τ de la réaction. Montrer que :
-
.
4)- Calcul du taux d’avancement de la réaction.
Calculer
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 |
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Conductance G mS |
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|
τ |
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Correction |
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5)- Quotient de la réaction entre l’acide formique et l’eau.
Donner
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 :
-
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 :
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- 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 :
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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 |