DEVOIR SUR LES ÉQUILIBRES CHIMIQUES

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1 DEVOIR SUR LES ÉQUILIBRES CHIMIQUES 1) Calculer les constantes des équilibres sous l état gazeux en exprimant l unité, sachant que dans chaque cas le volume est de un litre. On demande d exprimer à chaque fois (14 points) a) Décomposition de l'iodure d'hydrogène: 2 HI (g) H 2 (g) + I 2 (g) 2 HI (g) H2(g) I2(g) Début de la réaction (moles) Équilibre (moles) 4 b) Décomposition de l'iodure d'hydrogène: 2 HI (g) H 2 (g) + I 2 (g) 2 HI (g) H2(g) I2(g) Début de la réaction (moles) 2, Équilibre (moles) 0,20 c Décomposition de l'iodure d'hydrogène: 2 HI (g) H 2 (g) + I 2 (g) 2 HI (g) H2(g) I2(g) Début de la réaction (moles) 2, Équilibre (moles) 2,08 d) Décomposition de l'iodure d'hydrogène: 2 HI (g) H 2 (g) + I 2 (g)

2 2 HI (g) H2(g) I2(g) Début de la réaction (moles) 2,50 0 0,20 Équilibre (moles) 0,39 e) Décomposition de l'iodure d'hydrogène: 2 HI (g) H 2 (g) + I 2 (g) 2 HI (g) H2(g) I2(g) Début de la réaction (moles) 3,2 0 0 Équilibre (moles) 0,718 f) Décomposition de l'ammoniac : 2 NH 3 (g) N 2 (g) + 3 H 2 (g) 2 NH3 (g) N2(g) 3 H2(g) Début de la réaction (moles) 5,00 2,00 0 Équilibre (moles) 4,33 g) Décomposition du tétroxyde de diazote : N 2 O 4 (g) 2 NO 2 (g) N2O4 (g) 2 NO2 (g) Début de la réaction (moles) 0 6,00 Équilibre (moles) 5,52

3 2) Une solution d'acide acétique (CH3COOH) a une concentration de 1,0 mol/l. Quel est le pourcentage des molécules dissociées dans cette solution sachant que constante d'acidité (Ka) de l'acide acétique est de 1, (4 points) 3) Deux substances A et B réagissent selon l'équation suivante: 3 A (g) + 2 B(g) 2 C (g) + D (g) Quand on mélange 4 mol de A avec 4 mol de B et 1 mol de C, il ne reste à l'équilibre que 1 mol de A lorsque l'équilibre est atteint. (6 points) a) Quelle est la constante de cet équilibre, sachant que la réaction s'effectue dans un récipient dont le volume est de 10 L? On précisera l'unité de la constante d'équilibre b) Calculer les pressions partielles de chacun des gaz, lorsque l'équilibre est atteint, sachant que la température est de 25 º C? c) Dans une nouvelle expérience, les nombres de moles à l'équilibre de A, B et D, sont respectivement 4, 6 et 8 mol. Quelle est la concentration de C à l'équilibre? 4) Pour les équilibres suivants, donner les expressions mathématiques qui permettent de calculer les constantes d'équilibres. (8 points) CH 3 COOH(aq) H + (aq) + CH 3 COO - (aq) C2H 6 (g) C 2 H 4 (g) + H 2 (g) C6H 5 COOH(aq) H + (aq) + C 6 H 5 COO - (aq) 4 HCl (g) + O2 (g) 2 H 2 O (g) + Cl 2 (g) 2 SO3 (g) 2 SO 2 (g) + O 2 (g) 2 NO (g) + 2 H2 (g) N 2 (g) + 2 H 2 O (g) 2 HCl (g) H2 (g) + Cl 2 (g) AgBrO3 (s) Ag + - (aq) + BrO 3 (aq) 5) Voici la réaction de synthèse de l'ammoniac (selon le procédé HABER) (7 points): 2 NH 3 (g) N 2 (g) + 3 H 2 (g) + Énergie a) Quels changements peut-on imposer au système pour augmenter le rendement en ammoniac?

4 b) On introduit dans un récipient de 1 L: 5 moles de NH3 et 2 moles de N2. À l'équilibre, il y 4,33 moles de N2. Quelles sont les concentrations à l'équilibre? Quelle est la valeur de la constante d'équilibre? c) Quel nombre de moles de diazote devra--t-on ajouter pour que la concentration de l'ammoniac dans le nouvel état d'équilibre soit de 0,46 mol/l? 6) Voici la réaction de décomposition du trioxyde de soufre (7 points): 2 SO 3 (g) 2 SO 2 (g) + O 2 (g) a) Quels changements peut-on imposer au système pour augmenter la concentration en trioxyde de soufre? b) On introduit dans un récipient de 1 L: 1 moles de SO3, 2,9 moles de SO2 et 1,9 moles de O2. À l'équilibre, il y 0,86 mole de SO3. Quelles sont les concentrations à l'équilibre? Quelle est la valeur de la constante d'équilibre? c) Quel nombre de moles de dioxyde de soufre devra--t-on ajouter pour que la concentration du trioxyde de soufre dans le nouvel état d'équilibre soit de 0,46 mol/l? 7) On chauffe à 448 ºC dans un récipient de 30 L où l'on a fait préalablement le vide, exactement 1 mole de I2 (g) et 1 mol de H2 (g). À cette température, la constante d'équilibre est: Kc = 50. (8 points) a) Combien de moles I2 (g) reste-t-il lorsque l'équilibre est atteint? b) Quelle est la pression totale dans le récipient? c) Quelles sont les pressions partielles de I2 (g) et de HI (g) dans le mélange à l'équilibre? d) Si on ajoute une mole de H2 (g). dans le système en équilibre, combien restera-t-il de moles de I2 (g) lorsque le nouvel état d'équilibre sera atteint? 8) Répondre aux questions suivantes portant sur les ph. (11 points)

5 a) Calculer la concentration en ions OH - (aq) dans une solution de HCl (0,01 M); on peut considérer que cet acide est totalement dissocié. b) Calculer la concentration en ions OH - (aq) dans une solution de HCl (10-6 M); on peut considérer que cet acide est totalement dissocié. c) La concentration en ions hydronium dans une solution est de 0,2 M. Calculer le ph et le poh de cette solution. d) Le ph d'une solution est de 3,602. Calculer les concentrations en ions hydroxydes et en ions hydroniums. e) Une solution de HCl a une concentration de 0,05 mol/l. Quel est le ph de cette solution? On prend 100 ml de cette solution et on la dilue jusqu'à 400 ml avec de l'eau distillée. Quel est le ph de cette nouvelle solution? f) Vous mélangez 100 ml d'une solution d'hydroxyde de sodium contenant 0,40 g de NaOH et 100 ml d'une solution d'acide chlorhydrique contenant 0,73 g de HCl. Quel est le ph de la solution obtenue? g) Vous mélangez 70 ml d'une solution acide ( [H3O + (aq)] = 10-3 mol/l) avec 30 ml d'une autre solution acide ( [H3O + (aq)] = 10-2 mol/l). Quel est le ph de la solution obtenue? h) Vous ajoutez de l'acétate de sodium (CH3COONa) à une solution d'acide acétique (CH3COOH). Avezvous augmenté ou diminué le ph? i) Vous dissolvez du tétroxosulfate de diammonium dans de l'eau. La solution obtenue est-elle acide ou basique? Pourquoi? j) La dissolution de 2,3 g d'acide formique (HCOOH) donne une solution dont le ph est de 2,523. Calculez la constante d'acidité (Ka) de cet acide. k) Un monoacide a une constante d'acidité (Ka) dont la valeur est de 5, Quel sera le ph d'une solution de cet acide ayant une concentration de 0,2 mol/l? 9) Une solution d'acide acétique (CH3COOH) est ionisée dans une proportion de 1,34 %. (6 points) a) Calculer la constante d'ionisation de cet acide (Ka). b) Quel est le ph de cette solution?

6 10) Une solution d'acide nitreux (HNO2) a une concentration de 0,1 mol/l. La constante d'ionisation de cet acide (Ka) est de 4, Quel est le ph de cette solution? (4 points) 11) Répondre aux questions suivantes portant sur les produits de solubilité. (25 points) a) On mélange 40 ml de Sr(NO3)2 (s) (1 mol/l) avec 60 ml de Na2CrO4 (s) (1 mol/l). Le produit de solubilité SrCrO4 (s) est de 3, (4 points) Y-aura-t-il un précipité? Pourquoi? Quelle est la masse du précipité? b) On peut dissoudre 350 g de KCl (s) dans 1 L d'eau à 25 º C. Calculer le produit de solubilité de KCl (s). c) La solubilité de BaSO4 (s) est de 2, dans 100 ml de solution. Quel est le produit de solubilité du BaSO4 (s)? d) Le produit de solubilité MgCO3 (s) est : KPS = 2, Quelle est la solubilité de MgCO3 (s)? e) Soit le composé hypothétique XY; c'est un composé ionique peu soluble dans l'eau. L'expérience montre qu'à une température donnée on peut dissoudre 0,0068 g de ce sel dans 1 L de solution. La masse molaire de ce composé est 124 g/mol. Quel est le produit de solubilité (KPS)? f) On vous donne un mélange de deux solutions: Pb(NO3)2 (aq) et Mg(NO3)2 (aq). Comment pourrezvous procéder pour enlever de cette solution tous les ions Pb 2+ (aq)? g) On mélange 50 ml de Mg(NO3)2 (aq) [10-3 mol/l] avec 60 ml de Na2CO3 (aq) [10-3 mol/l]. Sachant que le produit de solubilité MgCO3 (s) est : KPS = 2, Quels volumes respectifs des deux solutions devrait-on ajouter pour obtenir une solution saturée? h) Le produit de solubilité SrCrO4 (s) est : KPS = 3, Quelle est la solubilité de SrCrO4 (s)? i) On mélange 40 ml de Sr(NO3)2 (s) (1 mol/l) avec 60 ml de Na2CrO4 (s) (1 mol/l). Sachant que le produit de solubilité SrCrO4 (s) est de 3, , répondre aux questions suivantes. Y-aura-t-il un précipité? Pourquoi? Quelle est la masse du précipité? j) On peut dissoudre 350 g de KCl (s) dans 1 L d'eau à 25 º C. Calculer le produit de solubilité de KCl (s). k) La solubilité de BaSO4 (s) est de 2, dans 100 ml de solution. Quel est le produit de solubilité du BaSO4 (s)?

7 l) Le produit de solubilité MgCO3 (s) est : KPS = 2, Quelle est la solubilité de MgCO3 (s)? m) Soit le composé hypothétique XY; c'est un composé ionique peu soluble dans l'eau. L'expérience montre qu'à une température donnée on peut dissoudre 0,0068 g de ce sel dans 1 L de solution. La masse molaire de ce composé est 124 g/mol. Quel est le produit de solubilité (KPS)?

8 ATELIER SUR LES ÉQUILIBRES I. QUESTIONS SUR L ACTIVITÉ UEL # 9 1) Définir l avancement d une réaction chimique. (5 points) 2) Définir le taux d avancement d une réaction chimique. (5 points) 3) Comment varient l avancement et le taux d avancement d une réaction pour un équilibre homogène gazeux lorsqu on fait varier la quantité initiale d un réactif? Expliquer vos conclusions. (10 points) 4) Comment varient l avancement et le taux d avancement d une réaction pour un équilibre homogène gazeux lorsqu on fait varier la condition de transformation? Expliquer vos conclusions. (10 points) 5) Comment varient l avancement et le taux d avancement d une réaction pour un équilibre homogène gazeux lorsqu on fait varier la température? Expliquer vos conclusions. (5 points) 6) Comment varient l avancement et le taux d avancement d une réaction pour un équilibre homogène gazeux lorsqu on fait varier le volume du système? Expliquer vos conclusions. (5 points) II. QUESTIONS SUR LE LABORATOIRE SUR LES ÉQUILIBRES 7) Répondre aux questions suivantes (10 points) a) Écrire l'équation ionique nette de la réaction les ions ferriques et les ions sulfocyanures? b) Dire comment se déplace l'équilibre dans les cas suivants (vers la droite ou vers la gauche) : [Fe 3+ (aq)] augmente ; [Fe 3+ (aq)] diminue; [SCN - (aq)] augmente ; [SCN - (aq) ] diminue ; [FeSCN 2+ (aq)] augmente et [FeSCN 2+ (aq) ] diminue. c) On chauffe dans un ballon de 1 litre 3 moles de A et 2 moles de B. Ces deux réactifs réagissent pour donner des molécules de C, selon l'équation suivante: A (g) + B (g) C(g) Une fois l'équilibre atteint, il s'est formé 1 mole de C. Calculez la constante d'équilibre en précisant son unité.

9 8) Dans l industrie l ammoniac (NH3) est préparé selon le procédé HABER, en faisant réagir du diazote sur du dihydrogène. La variation d enthalpie de cette réaction est 46 kj/mole de NH3. Au laboratoire, on réalise cette expérience à 298 K et sous une pression de 76 cm de mercure. À 298 K, la constante de cet équilibre est Kc = 6,00 x (10 points) - On place dans un ballon de 2 L deux moles de diazote et 1 mole de dihydrogène. Quelles seront les concentrations des trois constituants à l équilibre. - Quelle sera la quantité de chaleur dégagée au cours de la réaction? - Quelles seront les pressions partielles des 3 constituants? - Donner trois moyens d augmenter le rendement de cette réaction. 9) Calculer le ph d'une solution d'acide cyanhydrique HCN, 0,1 mol/l, sachant que Ka = 7,2 x (5 points) 10) Calculer le ph d'une solution d'acide chlorique HClO, 0,2 mol/l, sachant que Ka = 3,5 x (5 points) 11) Une solution d'acide acétique (CH3COOH) a une concentration de 0,1 mol/l. Le ph de cette solution est 2,9. Quelle est la constante d'acidité? (5 points) 12) Une solution d'un acide faible (HA) a une concentration de 0,01 mol/l. L ph de cette solution est 3,5. Quel est le pourcentage de dissociation de cet acide? (5 points) 13) La constante du produit de solubilité (KPS) du difluorure de magnésium (MgF2) est 6,4 x Calculer la solubilité du difluorure de magnésium (MgF2) en g/l. (5 points) 14) La solubilité du trioxobromate d'argent solide (AgBrO3) est 7,26 x 10-3 mol/l. Quelle est la valeur de la constante du produit de solubilité (KPS) du trioxobromate d'argent (AgBrO3)? (5 points) 15) On mélange 50 ml d'une solution de nitrate d'argent solide (AgNO3) 0,1 mol/l avec 100 ml d'une solution d'iodure de sodium (NaI) 0,1 mol/l. Sachant que la constante du produit de solubilité (KPS) de l'iodure d'argent (AgI) est 5,2 x 10-5, prévoir s'il y aura formation de précipité après le mélange des deux solutions en justifiant votre réponse. À partir de cet état d'équilibre, on ajoute une mole de A. Quelles seront les nouvelles concentrations lorsque le nouvel état d'équilibre sera atteint? (10 points)

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