Exercices sur les équilibres chimiques : corrections

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Adélaïde Marie-Claude Julien
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1 Exercices sur les équilibres chimiques : corrections Expression de la constante d équilibre c Exercice 1 a) [CH OH c b) [CO[H [CO[H c c) [CO[H O c 5 [C d) [HO [H [N c e) [NO [HO [SO c f) [H S [O + - c [Ca [OH + - g) [H O [OH h) c e [Ni(CO) c [CO Exercice Expérience I c Expérience II c Expérience III c Expérience IV c avec c 5 [C moyenne ± Exercice L'ordre de grandeur de la constante d'équilibre indique si c'est la réaction directe ou la réaction inverse qui sera favorisée. Si c > 1, le produit est favorisé ; si c < 1 les réactifs sont favorisés. [H[I Exercice c 0.00 [HI 1.78 Exercice 5 [NH [NH 0.05 c [N.7 mol/l - [N [H [H c Expression de la constante d'équilibre p Exercice 6 a) p(choh) p b) p(no) p(h ) p(co ) p(h ) p p(co) p(h O) c) p(pc 5) p p(pc ) p(c ) d) p(n) p(ho) p e) p(no ) p(h ) p(ho) p(so) p h) p(hs) p(o) p(ni(co) p p(co) )

2 Exercice 7 p(nh) p atm p(n ) p(h ). 5 Exercice 8 p(n O ) p 7.1 atm 1 p(no ) p(n O ) p p(no ) 7.1 (0.15) 0.16 p(n O ) 0.16 atm Variation des conditions d équilibre Exercice 9 a) C (s) + CO (g) CO (g) Déplacement vers la gauche b) N O (g) NO (g) Déplacement vers la gauche c) N (g) + H (g) NH (g) Déplacement vers la droite Exercice 10 a) N (g) + H (g) NH (g) Le nombre de moles à gauche est différent du nombre de moles à droite. Une variation de p influence donc l équilibre. b) H (g) + I (g) HI (g) Rien ne varie si l on augmente ou diminue la pression. c) CO (g) + O (g) CO (g) Le nombre de moles à gauche est différent du nombre de moles à droite. Une variation de p influence donc l équilibre. d) N O (g) NO (g) Le nombre de moles à gauche est différent du nombre de moles à droite. Une variation de p influence donc l équilibre. Exercice 11 a) H (g) + CO (g) H O (g) + CO (g) Si on ajoute CO : déplacement vers la droite b) H (g) + CO (g) H O (g) + CO (g) Si on ajoute H O : déplacement vers la gauche c) H (g) + CO (g) H O (g) + CO (g) Si on retire CO : déplacement vers la droite d) Si on ajoute un catalyseur : l équilibre est atteint plus rapidement mais ne change pas de position. e) H (g) + CO (g) H O (g) + CO (g) H -1.8 kj. Si on élève T : déplacement vers la gauche f) Si p augmente : aucun effet, car le nombre de moles de gaz à gauche est égal nombre de moles de gaz à droite. g) Si on ajoute He : aucun effet, car les pressions partielles ne changent pas.

3 Expression de l équilibre à partir d une situation initiale Exercice 1 H (g) + I (g) HI (g) 0.00 mol/l 0.00 mol/l 0 situation à l équilibre (t ) 0.00 x 0.00 x + x Écrivons le rapport d équilibre c [HI [H [I ( x) Résolvons pour trouver les concentrations à l équilibre : c 9. 5 (0. - x)(0. - x) x dans ce cas, on peut prendre la racine carrée : x x (0. x) x x x x x mol/l Les concentrations à l'équilibre seront : [H [I 0.0 mol/l et [HI 0.11 mol/l Exercice 1 [NO c 0.65 mol [N O initiale [N O 5.00 L 0.15 mol/l N O NO 0.15 mol/l 0 situation à l équilibre (t ) x x La différence entre la concentration initiale (0.15 mol/l) et la concentration finale donne le nombre de moles par litre qui se sont décomposées : 0.15 mol/l x mol/l, d'où x mol/l. Comme 1 mole de N O consommée donne moles de NO produites, on en déduit qu il s est fabriqué mol/l de N O c mol/l 0.1 mol/l 0.075

4 Exercice 1 CO (g) + H (g) CO + H O 0.00 mol/l 0.00 mol/l 0 0 situation à l équilibre (t ) 0.00 x 0.00 x x x [CO[HO x Écrivons le rapport d équilibre c [CO [H ( x) x dans ce cas, on peut prendre la racine carrée : et trouver : x ( x) x x x x Les concentrations à l'équilibre seront : [CO [H mol/l et [CO [H O mol/l Exercice 15 H O H (g) + O (g) 0.00 mol/l 0 0 situation à l équilibre (t ) 0.00 x x x Écrivons le rapport d équilibre [H [O ( x) x c [H O ( x) 8 Dans la mesure où c est très petit, on peut procéder à une approximation. Comme c est très petit, la réaction atteindra vite l'équilibre. Très peu de H et O seront formés et très peu d'h O sera consommé. On peut alors faire l'approximation que : (0.00 x) mol/l 0.00 mol/l. ( x) x x c x x x mol/l A l'équilibre, les concentrations seront les suivantes : [O mol/l [H mol/l [H O 0.00 mol/l. La petite valeur de x justifie la simplification! Remarque concernant les approximations : ( x) x 8 Sans approximation de l expression c , on obtient x ( x) ( x) x x 8 Avec l approximation c , on obtient x Cela représente une différence de , ce qui est négligeable

5 Perturbation des conditions d équilibre Exercice 16 1) acide + alcool ester + eau ) 1.00 mol/l 1.00 mol/l 0 0 situation à l équilibre (t ) [ester[eau c.5 [acide[alcool ) L'état d'équilibre sera déplacé vers la gauche ) acide + alcool ester + eau perturbation de la situation initiale ( équilibre) situation à l équilibre (t ) x x x x ( x)( x) c.5 ( x)( x) x x + x.5 ( x + x ) x + x x +.5 x 1.5 x x ± x avec «+» : x avec : x.56 (impossible) Composition du nouveau mélange à l'équilibre : [acide [alcool 0.5 mol/l ; [ester 1.56 mol/l ; [eau 0.56 mol/l. Exercice 17 H (g) + I (g) HI (g) situation initiale (équilibre) mol/l mol/l mol/l [HI c [H[I perturbation de la situation mol/l mol/l ( ) mol/l initiale ( équilibre) situation à l équilibre (t ) x x 0.10 x c [HI ( x) ( x) [H [I ( x) ( x) d où : x mol/l Concentration à l'équilibre : [H [I mol/l ; [HI 0.11 mol/l.

6 Application à la solubilité des sels Exercice 18 Ecrivez l expression mathématique du produit de solubilité pour les sels ci-dessous. a) BaSO b) Zn(OH) c) Ca (PO ) d) MgNH PO (attention!) a) BaSO (s) Ba + (aq.) + SO (aq.) sel solide disponible situation à l équilibre (t ) s [Ba + [SO S. S S S partie insoluble S partie dissoute S partie insoluble b) Zn(OH) (s) Zn + (aq.) + OH (aq.) situation à l équilibre (t ) S S S s [Zn + [OH S. ( S) S c) Ca (PO ) (s) Ca + (aq.) + PO (aq.) situation à l équilibre (t ) S S S s [Ca + [PO ( S). ( S) 108 S 5 d) MgNH PO (s) Mg + (aq.) + NH + (aq.) + PO (aq.) situation à l équilibre (t ) S S S S s [Mg + [NH + [PO S. S. S S Exercice 19 Quelle est la solubilité S du iodure de cuivre I ( s ) dans l eau pure? CuI (s) Cu + (aq.) + I (aq.) situation à l équilibre (t ) S S S s [Cu + [I S. S S S mol/l

7 Exercice 0 HgS ( s 10 5 ) est-il plus ou moins soluble que Bi S ( s )? HgS (s) Hg + (aq.) + S (aq.) situation à l équilibre (t ) S S S s [Hg + [ S S. S S 10 5 S 10 7 mol/l La solubilité S est très faible, inférieure à un ion par mètre cube! Bi S (s) Bi + (aq.) + S (aq.) situation à l équilibre (t ) S S S s [Bi + [S ( S). ( S) 108 S S / mol/l HgS est donc moins soluble que Bi S! La comparaison directe de deux produits de solubilité n a de sens que si les sels sont de même type : s de MX est comparable à s de M X, mais pas à s de M X, etc. Dans le présent exercice, il ne faut donc pas directement se baser sur s pour répondre, mais bien calculer la solubilité S. Exercice 1 Expérience : préparez une solution saturée de ClO, partagez-la en trois parts. Dans chaque part, ajoutez une des solutions ci-dessous. Prévoyez le résultat, puis observez! a) NaClO aq. ( s >> 1) b) Cl aq. ( s >> 1) c) NH NO aq. ( s >>1). ClO (s) + (aq.) + ClO (aq.) Solution saturée S S S a) Si on ajoute NaClO L excès de ClO déplace l équilibre vers la gauche b) Si on ajoute Cl L excès de + déplace l équilibre vers la gauche c) Si on ajoute NH NO Le sel ajouté ne contient que des ions différents, donc n aura aucune influence sur l équilibre de ClO dissous.

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