La transformation chimique estelle toujours totale? Activité préparatoire : Dans un bécher de 100mL contenant de l'eau distillée, on introduit 1g de cristaux blancs d'acide benzoïque C 6 H. La solution reste blanchâtre. Dans un second temps on introduit 2mL de soude de concentration 5mol.L 1. Le mélange devient translucide. Interprétez ce phénomène. La réaction de dissolution de l'acide dans l'eau n'est pas totale : C 6 CH (s) = C 6 C H 3 L'ajout de soude permet de transformer la totalité de l'acide benzoïque. Savoir qu'une espèce chimique qui cède un proton est un acide au sens de Brönsted Savoir qu'une espèce chimique qui capture un proton est une base au sens de Brönsted Savoir établir une équation de réaction acidobasique. Connaître deux méthodes expérimentales de détermination du ph 1)Réactions acidobasiques 1.1)Rappels de première Exemple : n mélange une solution de chlorure d'ammonium (NH Cl ) et une solution d'hydroxyde de sodium (Na H ). Il se forme de l'ammoniac (NH 3(g) ) et de l'eau ( (l)). L'équation de la réaction s'écrit donc: NH H = NH 3(g) (l) L'ion ammonium cède un proton. C'est un acide au sens de Brönsted. NH 4 =NH 3 H L'ion hydroxyde capte un proton. C'est une base au sens de Brönsted. H H = Une réaction acidobasique consiste en un transfert de protons : de l'acide NH 4 à la base H n écrira : NH 4 =NH 3 H H H = NH H = NH 3(g) (l) De manière générale lors d'une réaction acidobasique on peut écrire : Acide 1 = Base 1 H Base 2 H = Acide 2 Acide 1 Base 2= Base 1 Acide 2
Exercice d'application : n considère les couples acide/base suivants: CH / C C 6 CH / C 6 C / N HCl / Cl S / HS H 3 / HN 3 / N 3 / H 1)Indiquer, en justifiant votre choix, quels sont les acides parmi les espèces figurant dans le tableau précédent. Les acides sont ceux des espèces chimiques capables de céder un électron, de plus par convention, il sont notés à gauche du couple acidebase. CH / C C 6 CH / C 6 C / N HCl / Cl S / HS H 3 / HN 3 / N 3 / H Les acides sont notés en rouge. 2)Ecrire pour chaque couple la demiéquation acidobasique. CH = C H C 6 CH = C 6 C H = N H S = HS H HCl = Cl H H 3 = H HN 3 = N 3 H = H H 1.2)Rappels sur la mesure du ph A l'aide du papier ph : Découper une bandelette de papier ph Prélever une goutte de solution à l'aide d'un baguette en verre Déposer cette goutte sur le papier ph A l'aide d'un ph mètre : Le phmètre est constitué d'une sonde reliée à un voltmètre électronique gradué en unités de ph. Avant toute mesure de ph, il est obligatoire d'étalonner le phmètre à l'aide de deux solution étalon. La sonde doit également être rincée à l'eau distillée. Après agitation et stabilisation de la mesure le ph peut être relevé. Savoir que pour les solutions diluées telles que [H 3 ] 5.10 2 mol, le ph est défini par la relation : ph= log[h 3 ] [H 3 ] est la concentration en ions oxonium exprimée en mol.l 1 Pour trouver la concentration à partir du ph on utilise la relation : [H 3 ]=10 ph
2)Définition et mesure du ph 2.1)Définition du ph Les propriétés acides ou basiques d'une solution dépendent de la concentration en ions oxonium. Le chimiste Danois Sorensen fut le premier à introduire l'échelle de ph. Pour les solutions diluées telles que [H 3 ] 5.10 2 mol, le ph est défini par la relation : ph= log[h 3 ] [H 3 ] est la concentration en ions oxonium exprimée en mol.l 1 Pour trouver la concentration à partir du ph on utilise la relation : [H 3 ]=10 ph Il est très important que vous ameniez votre calculatrice pour tester cette fonction. Exercice n 1: Compléter le tableau suivant : [H 3 ] en mol.l 1 7,0.10 3 2,2.10 4 5,5.10 8 p,1 3,6 7,2 Le calcul ph= log[h 3 ] a pu être utilisé car nous somme en présence de solutions diluées ([H 3 ] 5.10 2 mol) Exercice n 2 Compléter le tableau suivant: ph 4,3 7,8 10,5 [H 3 ] en mol.l 1 5,0.10 5 1,6.10 8 3,2.10 11 Lorsque la concentration en ions oxonium augmente, le ph diminue et inversement. Exercice n 3 Lors d'une manipulation on mesure le ph à l'aide d'un phmètre. Celui ci indique 5,30. Sur la notice du phmètre on lit que la précision de la mesure est de 0,05 unités de ph. Le ph de cette solution est donc compris : 5,25 ph 5,35 1)Quel est l'encadrement de la concentration en ions H 3? [H 3 ] =10 ph =10 5,25 = 5,62.10 6 mol.l 1 [H 3 ] =10 ph =10 5,30 = 5,01.10 6 mol.l 1 [H 3 ] =10 ph =10 5,35 = 4,47.10 6 mol.l 1 2)Quelle est la précision sur la détermination de la concentration en ions H 3? La précision est de/ 5,01.10 6 4,47.10 6 = 5,45.10 7 mol.l 1 La concentration dans cette solution est donc : [H 3 ] =5,01.10 6 mol.l 1 / 5,45.10 7 3)Etat d'avancement d'un système Etre capable de réinvestir les notions vues dans le paragraphe précédent. Savoir calculer le taux d'avancement d'une réaction Savoir que ce taux se calcule ainsi : Γ= 3.1)Activité sur l'acide éthanoïque
Dans une fiole jaugée de 250mL, on verse 0,5mL d'acide acétique pur (CH3CH). Puis on complète jusqu'au trait de jauge. Données : d=1,05 1)Quelle est l'équation de la réaction acidobasique entre l'acide éthanoïque et l'eau? CH3CH = C H 3 2)Quelle est la concentration molaire en soluté apportée? [CH3CH]= n V Calcul de n (CH3CH) : Grâce à la densité on détermine la masse volumique de l'acide éthanoïque. ρ liq d = =1,05 donc ρ (CH3CH )= 1,05Kg.L ρ eau 1 =1,05g.L 1 En introduisant 0,5mL d'acide éthanoïque dans la fiole nous avons introduit 0,5x1,05= 5,25.10 1 g m 5,25.10 1 n (CH3CH) = = =8,75.10 M CH3CH 3 mol 12x2 4 16x2 Donc [CH3CH]= 8,75.10 3 =3,50.10 2 mol.l 1 0,25 3)Dans le cas ou la dissociation de l'acide éthanoïque serait totale, quel serait le ph de la solution? L'avancement maximal serait : =8,75.10 3 mol Nos sommes dans le cas d'une solution diluée car en cas de dissociation totale ([H 3 ] 5.10 2 mol) ph= log[h 3 ] ph=log(3,50.10 2 )=1,45 4)Afin de vérifier le résultat précédent, le test est effectué en laboratoire. La mesure effectuée est : ph=3,10 Quelle est alors la concentration en ions oxonium (H 3 ])? [H 3 ]= 10 ph =10 3,10 =7,9.10 4 mol.l 1 5)Comparez la concentration trouvée à l'aide du phmètre à celle trouvée à la question 3. D'où provient cette différence? Cette différence provient du fait que la réaction de dissociation n'est pas totale. 6)Par définition le taux d'avancement d'une réaction est Γ= : avancement final de la réaction : avancement Maximal dans le cas d'une réaction complète. Calculet Γ dans le cas de la réaction entre l'acide éthanoïque et l'eau. a été calculé à la question 3 : =8,75.10 3 Calcul de l'avancement final de la réaction : = n (H3) =[H 3 ] x V=7,9.10 4 x 0,25= 1,9.10 4 mol (Γ lettre grec prononcée tau) Γ= = 1,9.10 4 =2,3.10 2 = 2,2% 8,7.10 3 Ce taux d'avancement de la réaction est peu élevé. La réaction est peu avancée. 3.2)Définitions Une transformation chimique n'est pas toujours totale. Dans ce cas aucun des réactifs n'a totalement disparu lorque le système cesse d'évoluer. L'avancement final est inférieur à l'avancement maximal. Par définition le taux d'avancement d'une réaction Γ et donné par la relation : Γ= : avancement final de la réaction : avancement Maximal dans le cas d'une réaction complète. Γ est compris entre 0 et 1. Si Γ=1 la réaction est totale, si Γ=0 la réaction n'a pas lieu.
3.3)Interprétation microscopique Savoir à quoi correspond un état d'équilibre au niveau microscopique Soit la réaction chimique A 2(g) B 2(g) = 2 AB (g) Réaction totale A 2(g) B 2(g) 2 AB (g) Réaction non totale: A 2(g) B 2(g) = 2 AB (g) Si la réaction n'est pas totale le retour 2AB A 2 B 2 est possible. L'état final est un équilibre entre la réaction qui s'effectue dans le sens 1 et celle qui s'effectue dans le sens 2 Un état d'équilibre chimique est un état d'équilibre dynamique.