Chapitre VIII-4. Equilibres de solubilité et de précipitation

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1 Chapitre VIII-4 Plan : I- Généralité Solubilité et contante de olubilité...2 a- Définition...2 b- Mie en olution aqueue d un olide moléculaire an réaction chimique...2 c- Mie en olution aqueue d un ionique an réaction chimique...3 d- Mie en olution aqueue avec réaction chimique Condition de précipitation...5 a- Exemple...5 b- Généraliation Effet d ion commun...8 a- Exemple : olubilité du chlorure d argent dan une olution aqueue de chlorure de odium...8 b- Généraliation...9 II- Influence de paramètre phyique ou chimique ur la précipitation Température ph et précipitation...9 a- Précipitation elon le ph de hydroxyde de fer...9 b- Solubilité de l hydroxyde d aluminium Influence de la complexation...4 Page Claude ANIES EduKlub S.A. Extrait gratuit de document, le document original comporte 2 page.

2 Le équilibre de précipitation interviennent dan différent domaine de la chimie : Séparation élective de différent cation métallique préent dan un minerai en hydrométallurgie ; Mie en olution aqueue de minerai ; Purification de olide par recritalliation en chimie organique ; Dépôt de calcaire dan le canaliation et entartrage de appareil électroménager. Dan ce chapitre eront mi en place le différent outil qui permettent l étude de équilibre de précipitation ou de mie en olution aqueue. Nou étudieron l influence de équilibre de précipitation ur le équilibre acido-baique, d oxydoréduction ou de complexation. I- Généralité - Solubilité et contante de olubilité a- Définition La olubilité et la quantité maximale de olide diout dan un litre d eau quand tou le équilibre ont atteint. La olution contenant donc un excè de olide, elle et dite aturée. La olubilité peut exprimer en g L ou en mol L. La contante de olubilité ou produit de olubilité (dan le ca de olide ionique),, et la contante d équilibre liée à la mie en olution aqueue du olide. b- Mie en olution aqueue d un olide moléculaire an réaction chimique La mie en olution aqueue d un olide moléculaire tel que le diiode e fait elon l équilibre : I 2 ( ) I 2 ( aq ) Page 2 Claude ANIES EduKlub S.A. excè On a dan le ca de la mie en olution aqueue du diiode, l équilibre étant atteint : [ I ] K 2 oit A remarquer, qu on définit également la olubilité d un liquide ou d un gaz dan l eau : Br 2 ( liq ) excè Br 2 ( aq) On a dan le ca de la mie en olution aqueue du dibrome : excè Cl 2 ( g ) Cl 2 ( aq ) Extrait gratuit de document, le document original comporte 2 page.

3 On a dan le ca de la mie en olution aqueue du dichlore : c- Mie en olution aqueue d un ionique an réaction chimique La mie en olution aqueue d un olide ionique conduit à la formation d ion hydraté car l eau et olvant ioniant (favoriant l apparition d une paire d ion en raion de on fort moment dipolaire) et diperant (éparation de la paire d ion et formation d un cation et d un anion hydraté car l eau poède une forte permittivité relative élevée et olvate trè bien le cation, interaction charge-dipôle, aini que le anion, interaction charge-dipôle et liaion hydrogène). Par exemple la mie en olution aqueue de chlorure d argent olide e fait elon l équilibre uivant : AgCl ( ) Ag+ ( aq ) + Cl ( aq ) excè On a dan le ca de la mie en olution aqueue du chlorure d argent : + [ Ag ] [ Cl ] oit Dan le ca du ulfate d argent olide Ag2 SO4( ), la mie en olution aqueue e fait elon l équilibre : Ag2 SO4( ) 2 Ag+ ( aq ) + ( aq ) SO 2 4 excè 2 On a dan le ca de la mie en olution aqueue du ulfate d argent : + 2 [ ] 2 Ag [ SO4 ] 2 K oit K ( 2 ) K 3 4 Généraliation : la mie en olution aqueue d un olide ionique, C x A y ( ) e fait elon l équilibre uivant : C x A y ( ) x Cp+ ( aq) + y ( aq ) excè x y A q On a dan le ca de la mie en olution aqueue du ulfate d argent : Page 3 Claude ANIES EduKlub S.A. Extrait gratuit de document, le document original comporte 2 page.

4 K p+ x q [ C ] [ A ] y oit K ( x ) x ( y ) y K x+ y x y x y d- Mie en olution aqueue avec réaction chimique La mie en olution aqueue d un olide moléculaire ou ionique peut e faire an réaction chimique comme ci-deu ou avec réaction chimique. Il y a alor déplacement d équilibre dan le en direct (celui de la mie en olution), la olubilité augmente donc. La mie en olution aqueue peut donc accompagner : d une réaction acido-baique comme par exemple : Ag( CH3 CO2) ( ) Ag+ ( aq ) + CH3CO2( aq) CH3CO2( aq) + H 2 O K b CH 3 CO 2 H ( aq) + HO ( aq ) La olubilité de l acétate d argent et égale : Ag + CH3 CO2 + CH3CO 2 H [ ] [ ] [ ] d une réaction d oxydoréduction : Cl 2 ( g ) Cl 2 ( aq ) Cl 2 ( aq ) + H 2 O K dimutation H + ( aq ) + Cl ( aq ) + HClO (aq) d une réaction de complexation : Al( OH ) 3 ( ) Al( OH ) 3 ( ) + H 2 O baique acide La olubilité de l hydroxyde d aluminium et égale : Al3+ ( aq ) + 3 HO ( aq ) [ ] Al ( OH ) 4 + ( aq ) 3+ [ Al ] + [ Al( OH ) ] ] 4 H + Page 4 Claude ANIES EduKlub S.A. Extrait gratuit de document, le document original comporte 2 page.

5 2- Condition de précipitation a- Exemple Soit 00 ml d une olution aqueue de nitrate d argent à 3 0 mol L 0 mol L. A cette olution, on ajoute v ml d une olution de chlorure de odium à. On ouhaite établir la valeur du volume v à verer en olution de chlorure de odium pour oberver un début de précipitation du chlorure d argent. Tant que le olide n apparaît pa, il y a implement dilution de ion argent et chlorure. A la formation du premier «grain» de chlorure d argent, l équilibre entre le olide et e ion en olution et atteint, oit : début de précipitation Ag + ( aq ) + Cl ( aq ) v 00 + v K p K Il et poible en première approximation de négliger v devant 00 ml. On a alor d aprè la contante de olubilité, l équilibre étant atteint : oit K + [ Ag ] [ Cl ] v v 00 + v on en déduit : AgCl ( ) v 0 grain 0 Or pour le chlorure d argent, la valeur de p K et de v v 0 4 On a alor un début de précipitation dè que v et upérieur à 0 ml. Autrement dit, dè que la première goutte de olution de chlorure de odium et verée dan la olution de nitrate d argent, il y a formation du précipité de chlorure d argent. 4 Si le volume veré en chlorure de odium et inférieur à 0 ml, il n y a pa formation de 4 précipité, i ce même volume et upérieur à 0 ml, il y a précipitation de chlorure d argent et conommation de ion argent et chlorure de manière totale. A l équilibre, le concentration en ce ion retante ont reliée à la contante d équilibre. Par exemple, dan l hypothèe où le volume de olution de chlorure de odium et de 0 ml : Ag + ( aq ) + Cl ( aq ) K 0 p 0 00 AgCl ( ) Page 5 Claude ANIES EduKlub S.A. Extrait gratuit de document, le document original comporte 2 page.

6 E.I. (mmol) 0, E.F. (mmol) ε 0,9 La quantité retante en ion argent e déduit de la contante de olubilité : , + 8 [ Ag ] Ag, 2 0 mol L 0 oit [ ] La condition d exitence du précipité de chlorure d argent e fait elon une échelle de [ + ] [ ] Ag Cl quotient de réaction, noté Q avec Q (concentration hor état d équilibre, on prend en général le concentration initiale). La comparaion de ce quotient de réaction avec la contante de olubilité permet de prévoir l exitence ou non du précipité. On réume ce réultat par le diagramme uivant : Q < Q > il n'y a pa formation du précipité de chlorure d'argent AgCl eul le ion Ag +, Cl - coexitent en olution aqueue en l'abence de AgCl() il y a formation du précipité de chlorure d'argent AgCl AgCl () et le ion Ag +, Cl - coexitent en olution aqueue Q + [ Ag ] [ Cl ] le quotient de réaction n'évolue pa le quotient de réaction juqu'à Q' b- Généraliation La condition d exitence du précipité e fait elon une échelle de quotient de réaction. Dan le ca où le précipité et de formule, C x A y ( ), le quotient de réaction lié à la réaction () de mie ne olution aqueue du olide ionique C x A y ( ) a pour expreion : C x A y ( ) Q x Cp+ ( aq) + y A q ( aq ) () p+ x q [ C ] [ A ] y La comparaion du quotient de réaction avec la contante de olubilité permet de prévoir l exitence ou non de ce précipité. La condition d exitence ou non du précipité e traduit par le diagramme uivant : Page 6 Claude ANIES EduKlub S.A. Extrait gratuit de document, le document original comporte 2 page.

7 Q < il n'y a pa formation du précipité C x A y eul le ion C p+, A q- coexitent en olution aqueue en l'abence de C x A y l() Q > il y a formation du précipité de C x A y C x A y () et le ion C p+, A q- coexitent en olution aqueue Q p+ x q [ C ] [ A ] y le quotient de réaction n'évolue pa le quotient de réaction juqu'à Q' A noter qu à l équilibre, lorque la olution et aturée, Q. Cette condition de précipitation e démontre à partir du cour de thermodynamique de Spéciale dan lequel on définit l affinité de la réaction, notée A, oppoé de l enthalpie libre de réaction, r G, et dont l expreion et : K A r G RT ln Q On démontre également le critère d évolution pontané de équilibre : A dζ 0 avec d ζ variation élémentaire d avancement chimique molaire A l équilibre, l affinité chimique et nulle, l enthalpie libre tandard de réaction r G (Q 0 car dan l état tandard, le contituant ont pur et donc eul dan leur phae, leur activité et égale à ) et reliée à la contante d équilibre : A éq 0 et rg RT ln K Pour l équilibre de mie en olution aqueue d un olide ionique, C x A y ( ), elon l équilibre () : C x A y ( ) x Cp+ ( aq) + y A q ( aq ) () Q <, l affinité chimique et poitive. On en déduit donc que l avancement chimique molaire d ζ et poitif (d aprè le critère d évolution). Le olide e diout donc dan l eau, eul le ion C p+ ( aq) et A q ( aq ) ont préent dan l eau ; Q >, l affinité chimique et négative. On en déduit donc que l avancement chimique molaire d ζ et négatif (d aprè le critère d évolution). Il y a donc précipitation, le précipité C x A y ( ) et e ion C p+ ( aq) et A q ( aq ) coexitent dan l eau ; Page 7 Claude ANIES EduKlub S.A. Extrait gratuit de document, le document original comporte 2 page.

8 Q, l affinité chimique et nulle quelque oit l avancement chimique molaire élémentaire. L équilibre et atteint, le concentration n évoluent pa. Un grain de olide C x A y ( ) coexite avec e ion C p+ ( aq) et A q ( aq ). 3- Effet d ion commun a- Exemple : olubilité du chlorure d argent dan une olution aqueue de chlorure de odium La olubilité du chlorure d argent dan l eau e calcule à partir de la contante d équilibre : AgCl ( ) Ag+ ( aq ) + Cl ( aq ) excè On a dan le ca de la mie en olution aqueue du chlorure d argent : K + [ Ag ] [ Cl ] 2 oit K mol L On ouhaite déterminer la olubilité du chlorure d argent dan une olution de chlorure de 0 odium à mol L. On peut prévoir que le quotient de réaction era élevé (préence d ion chlorure). Il y a donc de forte chance pour qu il y ait précipitation du chlorure d argent. On peut donc en déduire que la olubilité du chlorure d argent dan une olution de chlorure de odium et faible que celle dan l eau. En préence d ion chlorure, l équilibre de olubilité et déplacé dan le en indirect (préence de produit) oit dan le en de la précipitation, on peut donc trè facilement prévoir que la olubilité du chlorure d argent dan une olution de chlorure de odium et faible que celle dan l eau. Le bilan de matière en préence d ion chlorure et : AgCl ( ) Ag+ ( aq ) + Cl ( aq ) excè + 0 En négligeant devant 0 mol L, on a donc à partir de la contante de olubilité : + [ Ag ] [ Cl ] ( ) K ' ' + 0 ' 0 Page 8 Claude ANIES EduKlub S.A. Extrait gratuit de document, le document original comporte 2 page.

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