Etat d équilibre d un système. Le quotient de réaction permet de préciser l état du système en évolution.

Transcription

1 Etat d équilibre d un système I. Quotient de réaction. 1. Définition du quotient de réaction. Le quotient de réaction permet de préciser l état du système en évolution. - On ne tient compte dans le quotient de réaction que des espèces dissoutes. (c-à-d. pas les solides). - On ne tient pas compte du solvant (eau). - Les espèces dissoutes sont caractérisées par leur concentration molaire volumique [ X ] nx (mol.l -1 ) V Pour une réaction aa (aq) bb (aq) cc (aq) dd (aq), le quotient de réaction associé à cette réaction s écrit : Q r c [ C] [ D] a [ A] [ B] d b Le quotient de réaction est lié à une équation de réaction dans un sens donné.. Détermination de l expression de en solution aqueuse homogène. Compléter les lignes vides de chaque tableau. Demi-équation (1) L acide éthanoïque et l eau CH 3 COOH (aq) CH 3 COO - (aq) H (aq) Demi-équation () H O H (aq) H 3 O (aq) Demi-équation (1) L acide éthanoïque et l ammoniac CH 3 COOH (aq) CH 3 COO - (aq) H (aq) Demi-équation () NH 3(aq) H (aq) NH 4 (aq)

2 Les ions iodures I - et l eau oxygénée en solution aqueuse Demi-équation (1) I - (aq) I (aq) e - Demi-équation () H O (aq) H (aq) e - H O CH 3 COOH (aq) H O CH 3 COO - (aq) H 3 O (aq) [ CH3COO ] [ H3O ] [ ] CH 3 COOH CH 3 COOH (aq) NH 3(aq) CH 3 COO - (aq) NH 4 (aq) Q r [ CH3COO ] [ NH4] [ ] [ ] CH 3 COOH NH 3 I - (aq) H O (aq) ) H (aq) I (aq) H O [ ] I [ I ] [ HO] [ H On ne fait apparaître l eau car dans ces cas, l eau est le solvant. Attention : vous verrez plus tard dans l année les réactions d estérification dans lesquelles l eau n est pas le solvant mais un produit de la réaction. Dans ce cas l eau, rentre dans l expression du quotient de réaction.

3 3. Détermination de l expression de en solution aqueuse hétérogène. Ecrire l expression de dans chaque cas : Dissolution du sulfate de calcium dans l eau CaSO 4 (s) O H Ca (aq) SO 4 - (aq) l ion cuivre II et les ions hydroxydes Cu (aq) HO - (aq) Cu(OH) (s) les ions cuivre II et le métal zinc Cu (aq) Zn (s) Cu (s) Zn (aq) Réponses : Q r [ ] [ ] Ca SO 4 1 [ Cu ] [ OH ] Q r [ Zn ] [ ] Cu On ne fait pas apparaître les espèces chimiques solides, on leur affecte la valeur 1.

4 II. Quotient de réaction dans l état d équilibre,. 1. Définition de,., quand l état d équilibre du système chimique est atteint. Dans cet état les concentration [X] ne varient plus. Cet état d équilibre est dynamique. Par la suite, il sera intéressant de comparer, et. Détermination de la valeur de, par conductimétrie. Cette partie est abordée en TP.1. Rappels de conductimétrie. Page 1 figure 5, 6 et 7 Schéma du dispositif : - Le générateur noté G fournit une tension alternative (pour éviter les phénomènes d électrolyse aux bornes) de fréquence f 1000 Hz. - Une mesure de U et de I est réalisée. - La valeur de la résistance de la solution est ainsi déterminée. U RI. - 1 Le conductimètre donne la valeur de la conductance G R G s exprime en Siemens (S) - G dépend des caractéristiques de la cellule (l et S). On note k la constante de cellule. k l S G kσ La conductivité σ dépend : o des concentrations des ions en solution. o d une grandeur caractéristique de chaque ion, la conductivité molaire volumique. Exemple : pour une solution de nitrate d argent en solution aqueuse (en négligeant H 3 O et HO - ) σ Ag.[Ag NO3-.[NO 3 - ] L'objectif d une mesure conductimétrique est de - déterminer une concentration ionique. Mesure de G, puis on en déduit σ, puis [X - ]. - déterminer l équivalence lors d un titrage.

5 .. Détermination expérimentale de,. Cette partie est vue en TP...1. Principe. - On introduit dans un ballon un volume V d une solution acide de concentration c. - On place dans la solution, la cellule du conductimètre préalablement calibré avec une solution étalon. - On lit la valeur de la conductivité σ.... Détermination de,. Soit l équation de la réaction : AH (aq) H O A - (aq) H 3 O Données : c, H3O et A- Mesure : σ ou G Remarque : si on mesure G alors σ k G - On écrit l expression de la conductivité σ H3O [H 3 O A- [A - ] - La réaction étant équimolaire, on a [H 3 O [A - ] - On déduit que σ H3O [H 3 O A- [ H 3 O et [H 3 O - On écrit la conservation de la matière : σ H 3O A [AH] [AH] i [A - ] [AH] c [ H 3 O - On en déduit l expression de, en fonction de [ O ] [ ] [ ] A H3O, [ AH ] [ H3O [ H3O c [ H3O c H3 [ H3O [ H3O - A partir de la valeur de σ trouvée expérimentalement, on trouve la valeur de [ O ] avec l expression [H 3 O - On en déduit la valeur de,. σ H 3O A H3

6 III. Constante d équilibre K associée à l équation d une réaction, à une température donnée. 1., dépend-il de la composition initiale du système? Soit la réaction AH (aq) H O A - (aq) H 3 O - on connaît la concentration c de l acide AH. - on mesure σ pour différentes valeurs de c. - on en déduit par la méthode vue précédemment les valeurs de,. Avec H3O 3, S. m. mol -1 et A- 4, S. m. mol -1 Compléter le tableau suivant : c (mol.l -1 ) - 1,0 10 5, , σ (S.m -1 ) 16, , , [H 3 O (mol.l -1 ) 4, , 1, Conclusion : La valeur de, est de la composition initiale du système. c (mol.l -1 ) - 1,0 10 5, , σ (S.m -1 ) 16, , , [H 3 O (mol.l -1 ) 4, , ,5 10-4, 1, , ,78 10 Conclusion : La valeur de, est indépendante de la composition initiale du système.. Définition de la constante d équilibre K. La constante d équilibre associée à l équation d une réaction est la valeur que prend le quotient de réaction dans l état d équilibre du système. K, - K dépend de la réaction - K dépend de la température - K ne dépend pas de la composition initiale du système.

7 IV. Influence de l état initial d un système et de la constante d équilibre K sur le taux d avancement final d une réaction. 1. Influence de la composition initiale sur τ. Soit AH (aq) H O A - (aq) H 3 O Compléter le tableau suivant : c (mol.l -1 ) 1,0 10-5, , [H 3 O (mol.l -1 ) 4, , , τ (%) 4,1 Conclusion : τ de c c (mol.l -1 ) 1,0 10-5, , [H 3 O (mol.l -1 ) 4, , , τ (%) 4,1 5,8 1,5 Conclusion : τ dépend de c. Plus la solution d acide est diluée, plus le taux d avancement final de la réaction de l acide avec l eau est élevé. Quand c diminue, τ augmente.. Influence de la constante d équilibre K. Soit AH (aq) H O A - (aq) H 3 O Analyser le tableau suivant : K 1,0 10-1, ,0 1, ,0 10 τ (%) 9, Conclusion : τ de K Conclusion : τ dépend de K. Plus la constante d équilibre est élevée, plus le taux d avancement final de la réaction de l acide avec l eau est élevé. Quand K augmente, τ augmente.