Correction des exercices p

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1 Thème : Comprendre / Lois et modèles Partie : nalyse chimique Chapitre 5 : Réaction chimique par échange de protons Correction des exercices p4-45 Exercice n 6 1. La réaction de l éthanamine avec l eau conduit à un uilibre. Les couples mis en jeu sont : C 5 N + (aq) / C 5 N (aq) et O (l) / O (aq), Donc l uation de la réaction entre l éthanamine et l eau s écrit : C 5 N (aq) + O (l) C 5 N + (aq) + O (aq). D après l énoncé : p = 11,, donc : [ O + ] f = 10 p = 10 11, = 5, mol L 1. Le produit ionique de l eau a pour expression : Ke = [ O + ] f [O ] f 14 Ke 1, insi : O f,0.10 mol. L 1 O 5, Dressons le tableau d avancement f L avancement maximal serait atteint si on avait, à l état final (théorique) : n 0 xmax = C V xmax = 0, soit xmax = C V Equation C 5 N (aq) + O (l) C 5 N + (aq) + O (aq) Instant vancement Quantités de matière (mol) Initial x = 0 n 0 solvant 0 0 Intermédiaire x n 0 - x solvant x x Final (réel) x f n 0 - x f solvant x f x f Final (si la transformation est supposée totale) x max n 0 - x max =0 solvant x max x max Par ailleurs, d après le tableau d avancement : x f = n(o - ) f = [O - ] f xv On en déduit que = x O. V O x C. V C f f f max 5. On en conclut que l avancement final ne représente que 0 % de l avancement maximal. La réaction est bien limitée et conduit à un uilibre. La base est bien faible. 6. a. Si l éthanamine était une base forte dans l eau, τ aurait eu la valeur 1 (soit xf = xmax, réaction totale). b. Le p de la solution serait alors égal à : p = -log [ O + ] f = -log (Ke/[O ] f ) = pke + log C = 14 = 1. (si la base est forte alors C = [O - ] f ) Exercice n 7 1. En milieu très acide, c est la forme acide du couple Ind/Ind qui prédomine. La courbe qui débute à p = 0 à la valeur 100 % est celle qui correspond à la forme acide Ind. L autre courbe correspond à la forme basique Ind.

2 . On a la relation, donc lorsque p = pk aucune des deux espèces ne prédomine ; on a, dans la solution, [Ind] = [Ind ]. Sur le graphe, cela correspond au croisement des deux courbes : on a 50 % de chacune des espèces. u point de croisement, on a p = pk, donc pk = 4 pour le couple Ind / Ind.. Le diagramme de prédominance du couple Ind / Ind est donc : 4. Dans une solution dont le p prend la valeur, l indicateur coloré prend une teinte jaune. À p = 4, il prend une teinte verte et à p = 9 une teinte bleue. 5. Equation Ind (aq) + O (l) In - (aq) + O + (aq) Instant vancement Quantités de matière (mol) Initial x = 0 n 0 solvant 0 0 Intermédiaire x n 0 - x solvant x x Final (réel) x eq n 0 - x eq solvant x eq x eq En effet, à l uilibre : n(ind) eq = n(ind) i x eq Or x eq = n(in - ) eq Par consuent : : n(ind) eq = n(ind) i n(in-) eq n(ind) i = n(ind) eq + n(in - ) eq (1) insi, en divisant (1) par V on obtient : [Ind] 0 =C = [Ind] eq + [In - ] eq 6. u p =,5, on lit sur le graphe : P (Ind) = 75 % = 0,75 et P (Ind ) = 5 % = 0,5 Ce qui conduit à : [Ind] = P (Ind) x C = 0,75 x 0 = 15 mmol L 1 et [Ind ] = P (Ind ) x C = 0,5 x 0 = 5 mmol L On utilise la relation : Donc : In 1 Lorsque : ind 10 In ind alors In 1 ind 10 log log pk log pk 1 soit p pk 1 soit log In ind 1 Par consuent, l indicateur coloré conserve sa teinte acide lorsque p utre méthode : On a : In ind P In P( ind ) 1 10

3 insi : P ( ind ) 10. PIn D où : P ( ind ) PIn 10. PIn PIn 11 PIn 100% On en déduit : P In 100 /11 9,1% La limite entre la teinte acide (jaune) et la teinte sensible (verte) se situe lorsque : P (Ind ) = 0,09 et P (Ind) = 0,91. Sur le graphe, cela correspond à p =. On utilise un raisonnement analogue pour déterminer les autres domaines de p Donc : In Lorsque : ind In ind 10 alors log In ind log10 pk log pk 1 soit p pk 1 soit log In ind 1 Par consuent, l indicateur coloré prend sa teinte basique lorsque p 5 La zone comprise entre p = et p = 5 est la zone de virage de l indicateur coloré. Exercice n 1. CO, O (aq) + O (l) = CO (aq) + O + (aq) K 1 = Donc : pka 1 = log Ka 1 = log pka 1 = log pka 1 = log. log [ CO ( [ CO(.[ O ( log [ O + ( [ CO ( [ CO ( + p p = pka 1 + log = p pka 1 [ CO ( = 10 p pka1 = 10 7,4 6,1 = 10 1,. Si [CO, O (aq) ] augmente alors le rapport [ CO ( [ CO ( = 0 [ CO ( [ CO(.[ O ( diminue. Si, au voisinage du muscle, la concentration en dioxyde de carbone dissous dans le sang augmente, le rapport précédent diminue, ce qui implique que le p diminue. Le sang s acidifie. 4a. Si, au voisinage du muscle, la concentration du dioxyde de carbone dissous augmente, l uilibre associé à la réaction () évolue dans le sens direct. En consuence, le dioxyde de carbone excédentaire est consommé et fixé par l hémoglobine qui a apporté le dioxygène vers le muscle. b. u voisinage du poumon, la concentration du dioxygène dissous dans le sang augmente. L uilibre associé à la réaction () évolue dans le sens inverse. En consuence, le dioxyde de carbone est libéré par l hémoglobine qui fixe le dioxygène. Il est ensuite expiré par les poumons. c. En évacuant le dioxyde de carbone dissous produit par les cellules (qui est responsable de la diminution de p du sang), la respiration permet de réguler cette valeur du p et de la maintenir dans le domaine de valeurs compatible avec la vie.

4 L'acide lactique C C C O groupe carboxyle groupe hydroxyle O O 5. Un acide est une espèce chimique capable de céder au moins un proton Les couples mis en jeu sont : C -CO-CO / C -CO-CO et O + / O C CO COO (aq) + O (l) C CO COO (aq) + O + (aq). L'acide lactique cède un proton à la molécule d'eau. 7. On calcule tout d abord les quantités initiales des espèces CO et CO, O : n (CO ) i = [CO ] i.v =, =,7. 10 mol ; n (CO, O) i = [CO, O] i V = 1, = 1, mol. Equation (aq) + CO (aq) (aq) + CO, O (aq) État initial x= 0 n 1 = [CO ] i V n =[CO, O] i V n (mol) n 0 =, =,7.10 0,100 n = 1,4.10 n 1 =, ,100 n 1 = n = 1, État intermédiaire x n 0 x n 1 x x n + x État final x = x max = x max = , x max = 4, Les quantités de matière des réactifs sont des grandeurs positives ou nulles : insi : n() =n() i -x 0 et n(co ) =n(co ) i -x 0 Soit : x n() i =, mol et x n(co ) i = mol Ces deux inuations sont simultanément vérifiées lorsque : x,0.10 4, donc x max =, mol est donc réactif limitant car il conduit à l'avancement maximal le plus faible, x max =.10 4 mol. On en déduit l état final du système. 8. D après le tableau d avancement : [CO ] f = [CO, O] f = n x V max,4.10 0,100 n 4 4 = 4,4.10 mol.l 1 1 x V max ,100 =,4.10 mol.l 1 9. D'après la question 1 : p = pka 1 + log p = 6,1 + log,4.10 4,4.10 p = 6,8 après effort,7.10 avant l effort : p = 6,1 + log = 7,4 1,4.10 [ CO ( près l effort, le p du sang est passé de 7,4 à 6,8. Cela est bien conforme aux prévisions faites à la question.

5 Exercice n 4 1. a. Les couples mis en jeu sont NO / NO et O+ / O. L uation de la réaction entre l acide nitreux et l eau est : NO (aq) + O (l) NO (aq) + O+ (aq) b. La constante d acidité associée au couple de l acide nitreux est :. L ion méthanoate étant la base d un couple, il réagit avec l eau considérée en tant qu acide. Les couples mis en jeu sont donc COO / COO et O / O. L uation de la réaction entre l ion méthanoate et l eau est : COO (aq) + O (l) COO (aq) + O (aq). a. Les domaines de prédominance des deux couples acide / base mis en jeu sont représentés ci-dessous : b. La solution d acide nitreux a un p égal à,0 ; c est l espèce NO qui y prédomine. La solution de méthanoate de sodium a un p égal à 8,7 ; c est l ion méthanoate COO qui y prédomine. 4. Les couples mis en jeu sont NO / NO et COO / COO. De plus, le système atteint un état d uilibre. L uation de la réaction entre l acide nitreux et l ion méthanoate est donc : NO (aq) + COO (aq) COO (aq) + NO (aq) 5. a. Les quantités initiales de réactifs sont : pour l acide nitreux : n 1 = C1 V1 = 0, = 4,0. 10 mol ; pour le méthanoate de sodium : n = C V = 0, = 8,0. 10 mol. b. Voir exercice précédent (tableau à compléter) Equation Instant vancement Quantités de matière (mol) Initial x = 0 Intermédiaire Final (réel) x x f

6 6. Les concentrations des différentes espèces chimiques présentes à l uilibre sont : Car x f =,.10 - mol 7. On considère par exemple le pk1 du couple de l acide nitreux. Son expression conduit à : Le même calcul mené à partir du pk du couple de l acide méthanoïque conduit au même résultat.