Lycée Galilée Gennevilliers. chap.3. Jallu Laurent. I. Acides et bases en solution aqueuse... 2 Les définitions... 2 Le ph... 2
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- Jacqueline Nolet
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1 Lycée Galilée Gennevilliers Notion d'équilibre chimique chap.3 Jallu Laurent I. Acides et bases en solution aqueuse... 2 Les définitions... 2 Le p... 2 II. p des solutions aqueuses... 3 La mesure de l avancement... 3 p des solutions d acides... 4 Remarque... 4 p des solutions de bases... 5 Application... 5 III. Interprétation microscopique : notion d équilibre chimique... 5 «Fort» ou «faible»?... 5 En conclusion... 7
2 I. Acides et bases en solution aqueuse Les définitions Au cours d une réaction acido-basique, il y a transferts de protons ( ) entre deux espèces chimiques : Au sens de Brönsted : ex : Une base capte un ou plusieurs. Un acide cède un ou plusieurs. Cl (g) 2 = 3 O (aq) Cl (aq) dissolution du chlorure d hydrogène dans l eau. Cl (g) est un acide. C 3 (aq) 2 = 3 O (aq) C 3 CO 2(aq) N 3(g) 2 = O (aq) N 4 (aq) dissolution de l acide éthanoïque dans l eau. C 3 (aq) est un acide. dissolution de l ammoniac dans l eau. N 3(g) est une base. Par ailleurs : 2 2 = 3 O (aq) O (aq) Le p Autoprotolyse de l eau. 2 ( ) est un acide. 2 ( ) est une base. 2 est «amphotère» ou un «ampholyte». Au cours d une réaction acido basique, le p du milieu évolue : Les échanges de protons ( ) modifient les concentrations d oxoniums ( 3 O (aq) ) et d hydroxydes (O (aq) ). Ces concentrations sont en équilibre dans l eau. L équilibre K e des ions de l eau est modifié. 2 2 = 3 O (aq) O (aq). (Autoprotolyse) K e = [ 3 O (aq) [ O (aq) = à 25 C (Produit ionique).. CAP 3 2 / 7
3 Excès TS De sorte que Si : [ 3 O (aq) ] eq alors [ O (aq) = K e [ O ] 3 ( aq) eq [ 3 O (aq) > [ O (aq) La solution est acide p < 7. Si : [ 3 O (aq) ] eq alors [ O (aq) = K e [ O ] 3 ( aq) eq [ 3 O (aq) < [ O (aq) La solution est basique p > 7. II. p des solutions aqueuses La mesure de l avancement A désigne une espèce acide ; B désigne l espèce «conjuguée». La solution aqueuse de A s écrit : A (aq) 2 = 3 O (aq) B (aq) dont l avancement est : A (aq) 2 = 3 O (aq) B (aq) État initial x = 0 n 0 A État intermédiaire «t» 0 0 x = x(t) n 0 A x x x État final x = x f n 0 A x f x f x f Déf : Le taux d avancement τ = x x max. (avec x max = n 0 A = C A V A ), mesure en %, l avancement de la transformation relativement à la disparition totale de A. τ f = x f x max. relate la dissociation finale de A : τ f = 100 % x f = x max la dissociation dans l eau est totale, A est un acide fort. τ f < 100 % x f < x max la dissociation dans l eau est partielle, A est un acide faible. CAP 3 3 / 7
4 Pour toutes ces solutions, [ 3 O x (aq) ] f = f V d acide A p : τ f = 10. C A = 10 p, et V A = V volume de la solution p des solutions d acides Acide chlorhydrique Acide Éthanoïque τ f (%) p 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 C A (mol.l 1 ) p C A p 2,9 3,4 3,9 4,4 5,2 6,1 τ f (%) 1,3 4, p Acide éthanoïque Acide faible τ f < 100 % p acide faible p acide fort p = f( pc A ) = f( log C A ) pc Remarque La dissociation est totale : p = 7 limite supérieure des solutions acides Acide chlorhydrique Acide fort τ f = 100 % pc A! Acide fort : p = pc Acide faible : p pc À même concentration : p acide fort < p acide faible À forte dilution l acide faible se comporte comme un acide fort. La comparaison des p n est possible qu à même concentration Cl (g) 2 = 3 O (aq) Cl (aq) C A = C A p = pc A La dissociation est partielle : C 3 (aq) 2 = 3 O (aq) C 3 CO 2(aq) C A C A p > pc A CAP 3 4 / 7
5 p des solutions de bases Un raisonnement symétrique au précédent montre que : B (aq) 2 = O (aq) A (aq) La dissolution est totale : B est une base forte. NaO (s) = O (aq) Na (aq) C B = C B po = pc B p = 14 pc B p = - log [ 3 O ] po = - log [ O ] [ 3 O (aq) ] [ O (aq) ] = p po = 14 La dissolution est partielle : B est une base faible. N 3(g) 2 = O (aq) N 4 (aq) C B C B po > pc B p < 14 pc B p p base forte p base faible Application p = f( pc B ) = f( log C B ) pc Ammoniac Base faible τ f < 100 % ydroxyde de sodium (soude) Base forte τ f = 100 % p = 7 limite inférieure des solutions basiques pc B Base forte : p = 14 pc Base faible : p 14 pc À même concentration : p base forte > p base faible À forte dilution la base faible se comporte comme une base forte. Pour une espèce forte Δp = 1, «une dilution au dixième provoque une variation d une ΔpC unité de p». (Ce n est pas le cas d une espèce faible). III. Interprétation microscopique : notion d équilibre chimique «Fort» ou «faible»? La réactivité des acides ou bases est liéé à la structure de l édifice chimique : CAP 3 5 / 7
6 Cas 1 Dissociation totale : > O > Cl liaison très polarisée Cl ion inerte O Cl (aq) conjugué inerte de Cl (g) Cl (g) 2 = 3 O (aq) Cl (aq) C 3 CO 2(aq) conjugué basique de C 3 (aq) Dissociation partielle : C 3 CO 2(aq) 2 = O (aq) C 3 (aq) Cas 2 C 3 C O O < C 3 (aq) 2 = 3 O (aq) C 3 CO 2(aq) > O O C 3 C O O Dissociation partielle : N 4 (aq) conjugué acide de N 3(g) > O > N < O Cas 3 N N 4 (aq) 2 = 3 O (aq) N 3 (aq) N 3(g) 2 = O (aq) N 4 (aq) Dissociation partielle : Cas 4 > O > O O 2 2 = 3 O (aq) O (aq) O 3 O (aq) conjugué acide de 2. O (aq) conjugué basique de 2. CAP 3 6 / 7
7 L espèce acide fortement polarisée (Cas 1) conduit à la formation d une espèce conjuguée inerte. L espèce conjuguée est stable selon la règle de l octet. La dissociation est totale : L acide est fort. ou L espèce acide ou basique polarisée (Cas 2, 3 ou 4) conduit à la formation d une espèce conjuguée réactive. La dissociation de l une est limitée par la transformation de l autre. La dissociation est partielle : L acide ou la base sont faibles. Les deux espèces conjuguées sont en «équilibre» dynamique. En conclusion Lorsque deux espèces chimiques sont conjuguées acido-basique, la réactivité de l une, limite celle de l autre. Ces deux conjugués faibles forment un équilibre dans l eau. La réunion des comportements qui s opposent est de bilan : A (aq) 2 = 3 O (aq) B (aq). (Écriture symbolique non équilibrée). «Fort» et «faible» Lorsque la dilution est forte, l état d équilibre précédemment énoncé est déplacé, augmentant ainsi la force de l espèce dissoute. Statistiquement, le don ou la capture d un proton, qui résulte de l efficacité des chocs sur les molécules d eau, est d autant plus fréquent que l acide ou la base est «noyé». L acide ou la base faible se comporte comme des espèces fortes lors de dilution fortes. L équilibre chimique : L état d équilibre chimique est la superposition, dans les conditions communes physicochimiques (pression, température, catalyseur, ) de deux transformations inverses, qui se limitent. Acide et base faibles conjugués sont dans un tel état en solution aqueuse. Qualitativement : A B = C D La transformation dans le «sens direct» (de gauche à droite) est limitée par la transformation contraire du «sens inverse» (de droite à gauche). Quantitativement : Macroscopiquement, l état d équilibre est caractérisé par des grandeurs mesurables constantes : Les concentrations des espèces chimiques dissoutes : [A (aq), [B (aq), [C (aq) et [D (aq). χ [C ] [D ] δ ( aq) eq ( aq) eq! La «constante d équilibre» : K = β = constante [ A ] α [B ] sans unité. ( aq) eq ( aq) eq CAP 3 7 / 7
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