Évolution spontanée d un système

Chme chaptre Évoluton spontanée d un système A. Exprmer un quotent de réacton Dans un tube à essa, ntrodure une ponte de spatule d odure de plomb (II) PbI (s) dans de l eau dstllée, agter et lasser décanter [Doc. 1a]. Prélever un peu du lqude lmpde qu surnage et en ntrodure une goutte : dans un tube à essa contenant une soluton concentrée d odure de potassum, (aq) I (aq) ; observer [Doc. 1b] ; dans un tube à essa contenant une soluton concentrée de ntrate de plomb (II), Pb (aq) NO 3 (aq) ; observer [Doc. 1c]. Actvtés préparatores 1. a. Quelle est la nature du précpté observé en b) et en c)? b. Écrre l uaton de la réacton correspondante. c. Donner l expresson du quotent de réacton 1.. a. Quelles espèces dssoutes sont présentes dans la soluton du tube a)? b. Écrre l uaton de la réacton qu permet d explquer leur présence en soluton. c. Donner l expresson du quotent de réacton. 3. Conclure. (a) (b) (c) Doc. 1 Dssoluton partelle de l odure de plomb (II) solde (a) ; apparton d un précpté jaune (b) et (c). Pamukkale en Turque est un ste naturel classé Patrmone mondal de l Unesco. Les eaux chaudes sont saturées de carbonate de calcum et produsent de splenddes concrétons à la blancheur ébloussante. Comment explquer que l on pusse observer sot le dépôt, sot la dssoluton du carbonate de calcum? > or 1 du cours, p. 00 et Ex. 15 B. Étuder l évoluton spontanée d un système L acde éthanoïque CH 3 CO H et l on éthanoate CH 3 CO d une part, l acde méthanoïque HCO H et l on méthanaote HCO d autre part, forment des couples acde / base : HCO H / HCO avec A1 1,8 4 à 5 C ; CH 3 CO H / CH 3 CO avec A 1,8 5 à 5 C Dans l eau, ls réagssent selon la réacton d uaton : CH 3 CO (aq) HCO H (aq) CH 3 CO H (aq) HCO (aq) A1 La constante d ulbre assocée vaut : à 5 C. A Dans tros béchers A, B et C, réalser les mélanges c-contre à partr de quatre solutons ➀,➁,➂ et ➃ de même concentraton : C 1,0 1 mol. L 1 [Doc. ]. Homogénéser et mesurer les ph de A, B et C. Pour chacun des tros systèmes A, B et C : [ HCO ] 1. Calculer le rapport dans l état ntal avant réacton. [ HCO H] [ HCO ]. a. Exprmer le rapport à l ulbre en foncton de [H 3 O ] et A1. Le calculer. [ HCO H] b. En dédure quel(s) système(s) a (ont) évolué. Dans quel sens? 3. Calculer le quotent de réacton, à l état ntal. Le comparer à et conclure. Bécher A B C 1 (ml) CH 3 CO H (aq) (ml) Na (aq) CH 3 CO (aq) 3 (ml) HCO H (aq) 4 (ml) Na (aq) HCO (aq) 0 1 1 5 1 1 ph mesuré 4, 3,7 3,8 Doc. ph mesuré pour chaque mélange. Objectfs Établr l expresson lttérale du quotent de réacton et calculer sa valeur pour un état donné d un système. Détermner le sens d évoluton d un système. 18 > or du cours, p. 01 Peut-on prévor le sens d évoluton d un système? 1

chaptre 1. Cours Qu est-ce qu un quotent de réacton? Nous avons défn au chaptre 6 le quotent de réacton. Quelques rappels sont nécessares. 1.1 Expresson du quotent de réacton Le quotent de réacton pour une réacton d uaton : a A (aq) b B (aq) c C (aq) d D (aq) s écrt dans un état donné du système : [ C].[ D] a b [ A].[ B] L expresson de ne fat ntervenr que les concentratons des espèces dssoutes, exprmées en mol. L 1. n a pas d unté. Prenons l exemple de la réacton d oxydaton des ons odure par l eau oxygénée vue au chaptre 3, page 43 [Doc. 1] : I (aq) H O (aq) H (aq) I (aq) H O ( ) Le solvant H O ( ) n ntervent pas dans l expresson du quotent de réacton ; les autres espèces mses en jeu sont dssoutes, d où l expresson du quotent de réacton : [I ] [I ].[H O ].[H ] Explotons l actvté préparatore A, page 1 [Doc. ]. Le précpté observé dans les tubes (b) et (c) est de l odure de plomb (II), PbI (s), formé selon la réacton d uaton : Pb (aq) I (aq) PbI (s) L odure de plomb (II) est solde : l n apparaît pas dans l expresson du quotent de réacton qu s écrt : 1 1 [ Pb ].[ I ] Les espèces dssoutes présentes dans la soluton du tube (a) sont les ons odure I (aq) et les ons plomb (II), Pb (aq), formés selon la réacton d uaton : PbI (s) Pb (aq) I (aq) Le quotent de réacton s écrt : [Pb ]. [I ] 1 On constate que Qr 1. L expresson du quotent de réacton dépend de l écrture de l uaton de la réacton. Il faut donc toujours ben précser l uaton de la réacton consdérée avant d écrre son quotent de réacton [Doc. 3]. c d 00 Doc. 1 Seul le dode est coloré : la soluton jaunt au cours du temps. I Pb Doc. Lors de la précptaton de l odure de plomb (II), PbI (s), des ons plomb (II) Pb (aq) et odure I (aq) restent en soluton. PbI (s) Pb (aq) I (aq) [Pb ].[I ] PbI (s) Pb (aq) 4 I (aq) [Pb ].[I ] 4 Doc. 3 Les deux uatons n ont pas les mêmes nombres stœchométrques : les quotents de réacton n ont pas la même expresson. 1. aleur du quotent de réacton Pour détermner la valeur du quotent de réacton dans un état du système chmque consdéré, l faut connaître les concentratons des espèces dssoutes dans cet état. Exercce d entraînement 1 Oxydaton du cuvre Le métal cuvre réagt avec les ons argent Ag (aq) pour donner de l argent métallque et des ons cuvre (II) Cu (aq).on ntrodut 1,5 g de cuvre dans 500,0 ml d une soluton de ntrate d argent, Ag (aq) NO 3 (aq),de concentraton C,00 mol. L 1. 1. Écrre l uaton de la réacton. En dédure l expresson lttérale du quotent de réacton.. Détermner la valeur du quotent de la réacton : a. dans l état ntal du système consdéré ; b. pour un avancement x de la réacton égal à 4,0 mmol. 1. Avec les nombres stœchométrques enters les plus petts possbles, l vent : Cu (s) Ag (aq) Cu (aq) Ag (s) > Pour s entraîner : Ex. 1 et 3 1.3 aleur du quotent de réacton à l ulbre Nous avons vu au chaptre 6 que, dans l état d ulbre d un système, le quotent de réacton prend une valeur ndépendante de la composton ntale ; cette valeur est celle de la constante d ulbre assocée à l uaton de la réacton 1 :,. Comment un système évolue-t-l spontanément? 1.1 Pourquo un système évolue-t-l? L uaton de la réacton étudée à l actvté préparatore B, page 1, s écrt : CH 3 CO (aq) HCO H (aq) CH 3 CO H (aq) HCO (aq) > Évoluton des concentratons Pour le couple HCO H (aq) / HCO (aq) calculons le rapport des concentratons à l état ntal et à l ulbre. Calcul du rapport des concentratons à l état ntal [HCO C. ] 4 C. et [HCO H] 3 avec total 1 3 4 total total [HCO ] D où : [HCO H] 4 3 01 Évoluton spontanée d un système D où l expresson du quotent de réacton : [Cu ] [Ag ]. a) À l état ntal : [Cu ] 0 mol. L 1 ; [Ag ],00 mol. L 1 Sot :, 0 b) Pour x 4,0 mmol, les quanttés des espèces dssoutes valent : n(cu ) n (Cu ) x x 4,0 3 mol n(ag ) n (Ag ) x C. x,0 3 mol Les concentratons correspondantes s en dédusent : [Cu ] 8,0 3 mol. L 1 ; [Ag ] 4,0 3 mol. L 1 D où : 5,0 1. Pour une réacton d uaton donnée, la constante d ulbre ne dépend que de la température.. Un rasonnement dentque pourrat être effectué sur le couple : CH 3 CO H / CH 3 CO l condurat à des calculs smlares et mènerat aux mêmes conclusons sur l évoluton du système.

chaptre Cours Dans le bécher A, on a mélangé 3 ml d acde méthanoïque et 4 ml de la soluton de méthanoate de sodum ; ans : [HCO ] 1 [HCOH] Des calculs analogues pour les béchers B et C condusent aux valeurs rassemblées dans le document 4. Calcul du rapport des concentratons à l ulbre Le rapport des concentratons à l ulbre se dédut de la constante A du couple. La constante d acdté A1 du couple HCO H / HCO s écrt à l ulbre : [HCO ].[H3O ] A1 [HCOH] On en dédut le rapport des concentratons à l ulbre : [ HCO ] A1 [ HCO H] [ HO] 3 À l état fnal, le ph mesuré dans le bécher A vaut ph A, 4,, sot : [H 3 O ] 4, mol. L 1. [HCO 4 ] 1,8 On en dédut :,8 [HCO H] 4, Des calculs smlares peuvent être effectués pour les mélanges des béchers B et C [Doc. 5]. Concluson Pour les mélanges des béchers A et B, on constate que : [HCO ] [HCO ] : les systèmes A et B ont donc évolué. [HCOH] [HCOH] En revanche, pour le mélange du bécher C, on constate que : [HCO ] [HCO ] : le système C n a pas évolué. [HCO H] [HCO H] > Calcul du quotent de réacton À l état ntal Dans l état ntal, le quotent de réacton s écrt : [HCO Q ]. [CH3COH] r, [HCO H].[CH CO ] C. [CH 3 CO H] 1 et [CH 3 CO C ] total 3 C. [HCO H] 3 et [HCO C. ] 4 total total Pour le mélange dans le bécher A, l vent :, 4. 1 1. 3. total 0 Bécher A B C 3 (ml) HCO H (aq) 5 1 4 (ml) Na (aq) HCO (aq) [HCO ] [HCO H] 1 1 1 Doc. 4 olumes des solutons utlsées et valeur [ HCO ] du rapport pour les mélanges des béchers [ HCO H] A, B et C. Doc. 5 ph à l ulbre et valeur du rapport [ HCO ] pour les mélanges des béchers A, B et C. [ HCO H] Bécher A B C ph 4, 3,7 3,8 [HCO ] [HCO H],8 0, 1 Bécher A B C 1 (ml) CH 3 CO H (aq) (ml) Na (aq) CH 3 CO (aq) 3 (ml) HCO H (aq) 4 (ml) Na (aq) HCO (aq) 0 1 1 5 1 1, 1 40 Doc. 6 olumes des solutons utlsées et valeur du quotent de réacton, dans l état ntal pour les mélanges des béchers A, B et C. La constante d ulbre assocée à l uaton de la réacton valant, on constate que,. Pour les mélanges des béchers B et C, les mêmes calculs condusent respectvement à des valeurs de, égales à 40 et à [Doc. 6]. Dans les béchers A et B,, et le système étudé a évolué. En revanche, pour le bécher C,, et le système n a pas évolué. Ce résultat est général : Un système chmque évolue spontanément s le quotent de réacton dans l état ntal est dfférent de la constante d ulbre :,. Il n évolue pas s,. À l état fnal On a vu que : pour le couple HCO H / HCO : [HCO ]. [H3O ] A1 [HCO H] pour le couple CH 3 CO H / CH 3 CO : d où : [CHCO 3 ].[HO] 3 A [CH CO H] Dans le bécher A, à l état fnal, ph A, 4, ; sot, pour chaque couple : [HCO ] [HCO H] [HCO ] [HCO H] 1,8 4, A1 [H O ] 4 et [CH3CO ] 1,8,8 et 0,8 [CH CO H] 4, On peut calculer le quotent de réacton à l état fnal : [HCO ]. [CH3COH] 8,,f [HCO H].[CH CO ] 08, Dans les béchers B et C, on constate également que [Doc. 7] :,f, Ce résultat est général [Doc. 8] : 3 3 3 [CH CO ] [CH CO H] 3 3 3 A [H O ] Au cours d une évoluton spontanée, le quotent de réacton tend vers et, à l état fnal :,f,. Un système chmque évolue donc spontanément vers l état d ulbre. En pratque, cette évoluton n est observée que s la vtesse de la réacton mse en jeu est suffsante (vor rechercher et expérmenter, page 06). 03 3 Évoluton spontanée d un système 5 Bécher A B C [ HCO ] [ HCO H] [ CH3CO] [ CH CO H] 3,8 0, 1 0,8 0,0 0,1,f Doc. 7 aleur du quotent de réacton dans l état fnal,f pour les mélanges des béchers A, B et C. Doc. 8 Comme en chme, un système mécanque évolue spontanément vers un état d ulbre.

chaptre Cours Évoluton spontanée d un système. Évoluton du système dans le sens drect Les calculs effectués dans le paragraphe précédent ont montré que dans le bécher A : [HCO ] [HCO ] [HCO > : le rapport ] a augmenté. [HCOH] [HCOH] [HCOH] Des ons formate se sont donc formés, alors que des molécules d'acde formque ont dsparu : le système A a donc évolué dans le sens drect de l uaton de la réacton : CH 3 CO (aq) HCO H (aq) CH 3 CO H (aq) HCO (aq) Au cours de l évoluton du système A dans le sens drect de l uaton de la réacton [Doc. ] : a augmenté de, 1 à,f,.3 Évoluton du système dans le sens nverse Les calculs effectués dans le paragraphe précédent ont montré que dans le bécher B : [HCO ] [HCO ] [HCO ] < : le rapport a dmnué. [HCOH] [HCOH] [HCOH] Des ons formate ont donc dsparu alors que des molécules d'acde formque se sont formées : le système B a donc évolué dans le sens nverse de l uaton de la réacton : état ntal, état fnal état d'ulbre,f Doc. Évoluton du quotent de réacton au cours de la transformaton dans le sens drect. état ntal, état fnal état d'ulbre,f 3. Comment applquer le crtère d évoluton? 3.1 Réactons acdo-basques Dans les travaux pratques, paragraphe.1, page 07, on étude l évoluton d un système chmque consttué par un mélange de solutons d acde acétque CH 3 CO H (aq), d ons acétate CH 3 CO (aq), d ammonac NH 3 (aq) et d ons ammonum NH 4 (aq). Ce système peut être le sège d une réacton d uaton : CH 3 CO H (aq) NH 3 (aq) CH 3 CO (aq) NH 4 (aq) La constante d ulbre assocée à cette uaton vaut [Doc. 1] : [CH3CO ]. [NH 4] A1,5 4 [CH 3COH]. [NH 3] A S l on consdère un système ntal tel que [Doc. 13] : [CH3CO ] C. [NH 3] C'. 3 1,0 et,0 [CH3COH] C. 1 [NH 4] C'. 4 le quotent de réacton, à l état ntal vaut : [CH3CO ].[NH 4], 0,50 sot :, < [CH3COH].[NH 3] On peut donc prévor une évoluton du système dans le sens drect de l uaton de la réacton. [CH3CO ]. [H3O ] A1 4,8 [CH CO H] 3 [NH 3]. [H3O ] A, [NH ] 4 Doc. 1 Constantes d acdté, à 5 C, des couples acde/base ms en jeu. Concentraton (mol. L 1 ) olume (ml) CH 3 CO H (aq) C 0,0 1,0 Na (aq) CH 3 CO (aq) C 0,0,0 NH 3 (aq) C 0,05 3 0,0 NH 4 (aq) Cl (aq) C 0,05 4,0 Doc. 13 aleurs des concentratons et des volumes des solutons du mélange acdo-basque (travaux pratques, page 07). CH 3 CO (aq) HCO H (aq) CH 3 CO H (aq) HCO (aq) Au cours de l évoluton du système B dans le sens nverse de l uaton de la réacton [Doc. ] : a dmnué de, 40 à,f,..4 Concluson : crtère d évoluton spontanée Les résultats obtenus dans les paragraphes précédents se généralsent : S le quotent de réacton ntal est égal à la constante d ulbre, sot,, le système est déjà à l ulbre et aucune évoluton spontanée n est possble. Lorsque le quotent de réacton ntal est dfférent de la constante d ulbre, sot,, le système évolue spontanément vers un état d ulbre : s, <, le système évolue dans le sens drect de l uaton de la réacton ; s, >, le système évolue dans le sens nverse de l uaton de la réacton. Ce crtère d évoluton permet, lorsqu on connaît la composton du système dans l état ntal, de prévor le sens d évoluton spontanée du système à température constante [Doc. 11]. Doc. Évoluton du quotent de réacton au cours de la transformaton dans le sens nverse. (a) (b) (c), évoluton dans le sens drect, absence d'évoluton, évoluton dans le sens nverse 3. Réactons d oxydoréducton Le paragraphe., page 07, des travaux pratques, est consacré à l étude de l évoluton d un système chmque consttué par un mélange de poudre de cuvre Cu (s) et de solutons d ons cuvre (II) Cu (aq), d ons fer (II) Fe (aq) et d ons fer (III) Fe 3 (aq). L uaton de la réacton susceptble de se produre s écrt [Doc. 14] : Cu (s) Fe 3 (aq) Cu (aq) Fe (aq) La constante d ulbre assocée à cette uaton vaut, d après les tables : [Fe ].[Cu ] 3,8 40 3 [Fe ] Pour un système ntal tel que [Doc. 15] : [Fe 3 ] 4,0 mol. L 1 [Fe ],0 3 mol. L 1 [Cu ] 4,0 mol. L 1 le quotent de réacton, dans l état ntal vaut : [Fe ].[Cu ], 1,0 4 sot :, < 3 [Fe ] On peut donc prévor une évoluton du système dans le sens drect de l uaton de la réacton. Cu (s) Cu (aq) e [Fe 3 (aq) e Fe (aq)] Cu (s) Fe 3 (aq) Cu (aq) Fe (aq) Doc. 14 Dem-uatons d oxydoréducton relatves aux couples oxydant / réducteur ms en jeu. Concentraton (mol. L 1 ) olume (ml) Cu (aq) SO 4 (aq) C 1 0, 1 0,0 Fe 3 (aq) 3 SO 4 (aq) C 0,050 0,0 Fe (aq) SO 4 (aq) C 3 0,0 3,0 Doc. 15 aleurs des concentratons et des volumes des solutons du mélange d oxydoréducton (TP, page 07). Doc. 11 augmente (a), ne vare pas (b) ou > Pour s entraîner : Ex. 6 dmnue (c) pour attendre la valeur de. > Pour s entraîner : Ex. 8 04 05

e t expérmenter chaptre Objectf Prévor le sens d évoluton Rechercher et expérmenter d un système. 1. Une transformaton spontanée est-elle toujours observable? Des évolutons spontanées L évoluton éventuelle d un système chmque dépend de sa consttuton. L apparente absence d évoluton d un système peut correspondre à des stuatons très dverses. > Des évolutons trop lentes Parfos, l évoluton spontanée d un système n est pas perceptble en rason d un blocage cnétque. Par exemple, le znc métallque devrat s oxyder spontanément au contact de l eau. Cependant, cette oxydaton est extrêmement lente et assocée à d autres processus (formaton d une fne couche passvante) qu ralentssent le phénomène de corroson [Doc. 1]. Doc. 1 Les totures en znc résstent aux ntempéres. > Des évolutons trop lmtées Lorsqu on ntrodut de la tournure de cuvre dans une soluton de sulfate de znc (II) à 1 mol. L 1, on n observe pas de dépôt métallque de znc. Pourtant, la réacton d uaton : Cu (s) Zn (aq) Cu (aq) Zn (s) (1) est envsageable. Le système consttué ntalement par les ons znc (II) et le cuvre ne semble pas évoluer car le taux d avancement fnal de la réacton est s fable que l évoluton correspondante est néglgeable. En revanche, une évoluton en sens nverse de l uaton (1) est très favorsée [Doc. ] : une lame de znc plongée dans une soluton de sulfate de cuvre se recouvre spontanément et rapdement d un dépôt rouge de cuvre. Doc. Dépôt de cuvre sur la lame de znc. I. Compréhenson du texte 1. Que sgnfent les termes spontanément et passvante?. Pourquo parle-t-on de «blocage cnétque»? II. Explotaton du texte 1. À 5 C, la constante d ulbre assocée à l uaton (1) vaut 1 5,0 38. Un système est consttué par du cuvre métallque en excès et un volume 1,00 L de soluton contenant des ons Zn à 1 mol. L 1. a. Exprmer la constante d ulbre 1 assocée à l uaton de la réacton. b. Dresser un tableau d avancement et en dédure l expresson de l avancement fnal x f en foncton de 1. c. Calculer x f. En dédure la concentraton [Cu ]. d. Quel serat le nombre d ons Cu présents dans le volume de soluton? Conclure. e. Justfer alors la phrase en talque dans le texte.. À l ade de 1, calculer la constante d ulbre de la réacton nverse. 3. a. Peut-on prévor une évoluton pour le système consttué par du znc métallque en excès et un volume 1,00 L de soluton contenant des ons Cu à la concentraton de 1 mol. L 1? b. Dans ces condtons, que valent, à l ulbre, les concentratons des ons Zn et des ons Cu? c. Quelle valeur prend le taux d avancement fnal? d. Que peut-on dre d une telle réacton? Donnée : constante d AOGADRO : N A 6,0 3 mol 1.. Comment prévor le sens d évoluton d un système?.1 Cas d une réacton acdo-basque Étalonner le ph-mètre. Dans un bécher, ntrodure : 1,0 ml d une soluton d acde acétque CH 3 CO H (aq) de concentraton C 0,0 mol. L 1 ;,0 ml d une soluton d acétate de sodum, Na (aq) CH 3 CO (aq) fraîchement préparée de même concentraton C ; 3 0,0 ml d une soluton d ammonac NH 3 (aq) de concentraton C 0,05 mol. L 1 ; 4,0 ml d une soluton de chlorure d ammonum, NH 4 (aq) Cl (aq), de même concentraton C. Agter. Mesurer le ph de la soluton S obtenue. 1. Écrre l uaton de la réacton qu peut se produre en consdérant l acde acétque comme un réactf. érfer que c est une réacton acdo-basque et donner les deux couples ms en jeu.. Exprmer les constantes d acdté de ces deux couples. Rechercher leurs valeurs dans les tables, page des rabats de la couverture. 3. En dédure l expresson de la constante d ulbre de la réacton. La calculer. 4. Pour chaque couple, détermner la valeur des [base] quotents dans l état ntal, avant réacton. [acde] 5. En dédure la valeur du quotent de réacton dans l état ntal du système, avant réacton. 6. Dans quel sens le système va-t-l évoluer? 7. Détermner, à partr des mesures réalsées, la valeur [base] des quotents dans le mélange fnal. [acde] 8. En dédure la valeur du quotent de réacton,f dans l état fnal de ce système. Conclure. Travaux Pratques. Cas d une réacton d oxydoréducton Dans un erlenmeyer, ntrodure : 1 0,0 ml d une soluton de sulfate de cuvre (II), Cu (aq) SO 4 (aq), de concentraton : C 1 0, mol. L 1 ; 0,0 ml d une soluton de sulfate de fer (III), Fe 3 (aq) 3 SO 4 (aq), de concentraton : C 0,050 mol. L 1 ; 3,0 ml de soluton de sulfate de fer (II),fraîchement préparée, Fe (aq) SO 4 (aq), de concentraton C 3 0,0 mol. L 1, acdfée à l acde sulfurque ; une ponte de spatule de poudre de cuvre. Agter avec un agtateur magnétque pendant envron dx mnutes. Arrêter l agtaton, pus fltrer le mélange obtenu pour évter toute réacton paraste ultéreure.. Écrre l uaton de la réacton qu peut se produre entre les ons Fe 3 et le cuvre métallque. érfer que c est une réacton d oxydoréducton.. Détermner les concentratons des espèces mses en jeu dans le mélange ntal, avant toute réacton. 11. En dédure la valeur du quotent de réacton dans l état ntal de ce système. 1. Pour cette réacton, à 5 C,,1 14. Dans quel sens le système va-t-l évoluer? Prélever 0 0,0 ml du fltrat obtenu, l ntrodure dans un erlenmeyer. Ttrer les ons fer (II) contenus dans le prélèvement par une soluton de permanganate de potassum à C 0,0 mol. L 1. 13. Écrre l uaton de la réacton de ttrage des ons Fe par les ons permanganate MnO 4 en mleu acde (l se forme des ons Fe 3 et Mn ). 14. Détermner la concentraton des ons fer (II) dans le prélèvement. Peut-on en dédure la concentraton des ons fer (II) dans l état fnal du système, avant fltraton? 15. L évoluton prévue a-t-elle effectvement eu leu? 06 07

Savor chaptre Retenr l essentel Établr l expresson lttérale du quotent de réacton et calculer sa valeur pour un état donné du système L expresson lttérale du quotent de réacton se dédut de l écrture de l uaton de la réacton. Le solvant et les composés soldes n apparassent pas dans l expresson du quotent de réacton ; seules les concentratons molares des espèces dssoutes, exprmées en mol. L 1, ntervennent. n a pas d unté. Ans, pour l uaton : Ag O (s) H O ( ) Ag (aq) HO (aq) [Ag ]. [HO ] Lorsque l uaton de la réacton n est pas mposée, elle dot toujours être précsée avant d écrre le quotent de réacton. À l ulbre d un système dans lequel peut se produre une réacton chmque,,, où est la constante d ulbre assocée à l uaton de cette réacton. ne dépend que de la température. Détermner le sens d évoluton d un système S le quotent de réacton ntal est égal à la constante d ulbre, sot,, le système est déjà à l ulbre et aucune évoluton spontanée n est possble., absence d'évoluton Lorsque le quotent de réacton ntal est dfférent de la constante d ulbre, sot,, le système évolue spontanément vers un état d ulbre : s, <, le système évolue dans le sens drect de l uaton de la réacton ; s, >, le système évolue dans le sens nverse de l uaton de la réacton. 08, évoluton dans le sens drect, évoluton dans le sens nverse Savor S autoévaluer Établr l expresson lttérale du quotent de réacton et calculer sa valeur pour un état donné du système b Retrouver l expresson correcte parm celles proposées c-dessous pour la réacton d uaton : 1. AgCl (s) NH 3 (aq) Ag (NH 3 ) (aq) Cl (aq) [Cl ].[Ag(NH 3) ] [Cl ].[Ag(NH 3) ] [Cl ].[Ag(NH 3) ] a. b. c. [AgCl].[NH 3 ] [NH 3 ] [AgCl].[NH 3 ]. Al(OH) 3 (s) 3 H 3 O (aq) Al 3 (aq) 6 H O ( ) 3 6 3 6 a. b. c. d. [Al 3 [Al 3 [Al ].[HO] [Al ].[HO] Q Q Q ] Q ] r r r 3 3 3 r [H3O ] [Al( OH) 3].[H3O ] [H3O ] [H3O ] c Sot un système contenant des ons fer (II) Fe, fer (III) Fe 3, cérum (III) Ce 3 et cérum (I) Ce 4. Ce système peut être le sège d une réacton d uaton : Fe (aq) Ce 4 (aq) Fe 3 (aq) Ce 3 (aq) Sa composton ntale est la suvante : [Fe ] 0, mol. L 1 ; [Ce 4 ] 0,050 mol. L 1 ; [Fe 3 ] 0,0 mol. L 1 ; [Ce 3 ] 0,0 mol. L 1 1. Donner l expresson lttérale du quotent de réacton correspondant.. Calculer sa valeur : a. dans l état ntal du système ; b. dans l état du système en cours d évoluton, tel que : [Fe ] 0,060 mol. L 1. Détermner le sens d évoluton d un système d Un système peut être le sège d une réacton pour laquelle, l uaton de réacton étant donnée, la constante d ulbre vaut 3, 8 à la température consdérée. Prévor dans quel sens (drect ou nverse de l uaton) le système va évoluer dans les cas suvants : 1., 6, 8., 7,4 3., 0 4., 3, 8 e On consdère un système contenant du znc et de l alumnum métallques en excès, des ons znc (II) et des ons alumnum (III). Sa composton ntale est la suvante : [Zn ] 0,15 mol. L 1 et [Al 3 ] 0,000 mol. L 1 Il peut être le sège de la réacton d oxydoréducton d uaton : Al (s) 3 Zn (aq) Al 3 (aq) 3 Zn (s) La constante d ulbre assocée vaut 4 3 à 5 C. 1. Donner l expresson du quotent de réacton assocé à cette uaton.. Comment va évoluer spontanément ce système? 3. Répondre à la même queston s : [Zn ],0 8 mol. L 1 et [Al 3 ] 1,0 mol. L 1. f On mélange, à 5 C, des volumes 1 15,0 ml d une soluton d acde borque H 3 BO 3 (aq) de concentraton : C 1,0 mol. L 1 et 5,0 ml d une soluton de trméthylamne (CH 3 ) 3 N de même concentraton C. Les couples ms en jeu sont : H 3 BO 3 / H BO 3 et (CH 3 ) 3 NH / (CH 3 ) 3 N. 1. Écrre l uaton de la réacton. La constante d ulbre assocée vaut 5,0 à 5 C.. Calculer le quotent de réacton, à l état ntal. 3. Comment va évoluer le système? 0 > Réponses p. 354

Savor chaptre Aborder les dffcultés du chaptre Comment prévor le sens d évoluton d un système chmque? Dans un système (1) à l ulbre, des espèces ont pour concentraton : [Sn 4 ] 1,0 mol. L 1 ; [Sn ] 0, mol. L 1 ;[S O 3 ] 1,0 1 mol. L 1 ; [ S 4 O 6 ] 0,11 mol. L 1 Un système () est consttué en ntrodusant dans de l eau dstllée : n 1 1, mmol d ons Sn 4 ; n,0 mmol d ons Sn ; n 3,1 mmol d ons S O 3 ; n 4 1,0 mmol d ons S 4 O 6. Le volume de la soluton ans préparée est 00,0 ml. Dans quel sens va évoluer le système ()? Données : couples oxydant / réducteur : S 4 O 6 (aq) / S O 3 (aq) ; Sn 4 (aq) / Sn (aq). Établr une uaton de la réacton sans préjuger du sens dans lequel a leu la transformaton. L oxydant de l un des deux couples réagt avec le réducteur de l autre couple : Sn (aq) Sn 4 (aq) e S 4 O 6 (aq) e S O 3 (aq) S 4 O 6 (aq) Sn (aq) S O 3 (aq) Sn 4 (aq) Calculer, à partr des valeurs des concentratons à l ulbre [système (1)], la valeur de la constante d ulbre assocée à l uaton de la réacton. [SO (1,0 1) 1,0 3 ]. [Sn 4 ],,1 3 [S O ] [Sn ] 0,11 0, 4 6. Établr l expresson du quotent de réacton pour le système (). n(so 3 ) 4 n(sn ) n(so 3 ) 4. [S n(sn ) ( ). O 3 ]. [Sn 4 ] [S4O ] [Sn ] n(s4o ) n(sn n(s4o 6 ). n(sn ). 6 6.. ) Pour le système (), calculer la valeur du quotent de réacton, à l état ntal (c est-à-dre avant toute évoluton du système). ( ). ( ) n,1 3 1, 3 (SO 3 ) n(sn 4 ) ( n, 3). n1 1,3 n n n4. n. 3 3 4 6 (S O ). (Sn ). 1,0,0 00,0 3 Savor Exploter un énoncé chaptre Lre l énoncé Comprendre l énoncé Rédger la soluton Objectf Sot un système obtenu en mélangeant : 1 ml de soluton d acde chloroacétque, CH ClCO H (aq), à C 1 1,1 mol. L 1 ; 15 ml de soluton de chloroacétate de sodum, Na (aq) CH ClCO (aq), à C,0 mol. L 1 ; 3 15 ml de soluton de chlorure d ammonum, NH 4 (aq) Cl (aq), à C 3 1,0 mol. L 1 ; 4 ml de soluton d ammonac, NH 3 (aq) à C 4 1,5 mol. L 1. Indquer s, dans ce système, l acde chloroacétque va se former ou se dssocer. Données : à 5 C : p A1 (CH ClCO H / CH ClCO ), ; p A (NH 4 / NH 3 ),. Applquer le crtère d évoluton spontanée. Évoluton d un système acdo-basque Que demande-t-on? On veut détermner dans quel sens a leu une transformaton. Il est nécessare pour cela d applquer le crtère d évoluton et donc de calculer le quotent de réacton, dans l état ntal. Il faut ensute le comparer à la constante d ulbre et donc établr au préalable l uaton de la réacton. De quelle réacton s agt-l? L uaton de la réacton est étable sans préjuger du sens dans lequel elle a leu. Elle met en jeu les espèces : CH ClCO H;CH ClCO ;NH 4 ; NH 3. Quelles sont les données et comment les utlser? On dspose des valeurs des constantes d acdté A de chaque couple ; elles permettent de calculer la valeur de la constante d ulbre. On dspose des volumes et des concentratons des solutons ntrodutes. Il est donc possble de calculer les concentratons de chaque espèce à l état ntal avant toute évoluton. Les espèces chmques présentes appartennent aux deux couples acdo-basques : CH ClCO H / CH ClCO et NH 4 / NH 3 L acde de l un des deux couples réagt avec la base de l autre couple. Une des réactons acdo-basques envsageables s écrt : CH ClCO H (aq) NH 3 (aq) CH ClCO (aq) NH 4 (aq) La constante d ulbre assocée à l uaton de cette réacton se dédut des expressons des constantes d acdté A1 et A de chaque couple :, [CHClCO ].[NH 4] A 1,0 6 [CH ClCO H].[NH ], A 3 On calcule les concentratons ntales de chaque espèce dans le mélange avant toute évoluton : C 11, 1. 1 [CH ClCO H], 3 mol. L 1 tot 50 De même : [CH ClCO ] 6,0 3 mol. L 1 [NH 4 ] 3,0 3 mol. L 1 [NH 3 ] 3,0 3 mol. L 1 Comparer la valeur de, à la constante d ulbre et conclure., > : le système évolue dans le sens nverse de l uaton de la réacton écrte c-dessus, donc dans le sens de la formaton des ons Sn (aq) et S 4 O 6 (aq). Comment applquer le crtère d évoluton spontanée? On calcule, et on compare sa valeur à celle de. > Pour s entraîner : Ex. 74 et 13 Le quotent de réacton, dans l état ntal vaut : [CHClCO ].[NH 60, 30, 4],7 3 3 [CH ClCO H].[NH ], 3, 0, < : le système évolue dans le sens drect de l uaton de la réacton, sens de la dssocaton de l acde chloroacétque. 11 3 3, 3

chaptre Énoncé Savor Résoudre un exercce Évoluton d un système d oxydoréducton On prépare une soluton de volume 1,0 L en ntrodusant dans de l eau dstllée : une masse m 1 1, g de ntrate de fer (III) nonahydraté, Fe(NO 3 ) 3, H O ; une masse m 0,54 g d argent Ag, sot 5,0 3 mol ; une masse m 3 1,4 g de sulfate de fer (II) heptahydraté, FeSO 4, 7 H O; une masse m 4 0,34 g de ntrate d argent AgNO 3. 1 Objectf La réacton qu peut se produre a pour uaton : Fe 3 (aq) Ag(s) Fe (aq) Ag (aq) (1) 1. Détermner les concentratons ntales des espèces dssoutes.. Prévor le sens d évoluton du système sachant que la constante d ulbre assocée à (1) vaut 0,30. 3. Détermner la masse fnale d argent dans le système lorsqu l cesse d évoluer. Données : M(Fe(NO 3 ) 3, H O) M 1 403,8 g. mol 1 ; M(Ag) M 7, g. mol 1 ; M(FeSO 4, 7 H O) M 3 77, g. mol 1 ; M(AgNO 3 ) M 4 16, g. mol 1. Consels 1. Écrre les uatons de dssoluton des soldes onques.. Utlser le crtère d évoluton. 3. Calculer les quanttés de matère à l état ntal pus dresser un tableau d avancement. Exprmer la constante d ulbre. Le volume étant égal à 1,0 L, le rapport des concentratons est égal au rapport des quanttés de matère. En dédure l avancement fnal x f en résolvant l uaton du second degré. > Pour s entraîner : Ex. 8 et Soluton Détermner le sens d une transformaton, pus l état fnal. 1. L uaton de dssoluton de Fe(NO 3 ) 3, H O (s) s écrt : eau Fe(NO 3 ) 3, H O (s) Fe 3 (aq) 3 NO 3 (aq) H O ( ) La concentraton ntale [Fe 3 ] vaut : [Fe 3 n( Fe 3 ) m1 1, ] 3,0 3 mol. L 1 M1. 403, 8 1, 0 En procédant de même pour les autres soldes onques, on obtent : [Fe m3 ] 5,0 3 mol. L 1 ; [Ag m ] 4,0 3 mol. L 1 M3. M4.. Calculons le quotent de réacton, à l état ntal pour l uaton (1) : 3 3 [Fe ],.[Ag ] 5, 0, 0 0,0033 3 3 [Fe ] 30, < : le système évolue donc dans le sens drect de l uaton (1) ; la masse d argent métallque dmnue. 3. Calculons les quanttés de matère (en mol) de toutes les espèces présentes à l état ntal et établssons le tableau d avancement : État Fe 3 (aq) Ag(s) Fe (aq) Ag (aq) ntal 3,0 3 5,0 3 5,0 3,0 3 fnal 3,0 3 x f 5,0 3 x f 5,0 3 x f,0 3 x f 3 3 [Fe ].[Ag ] (, 50 xf )(,. 0 xf ) 3 3 [Fe ] (, 30 xf ) En développant l expresson c-dessus, pus en résolvant l uaton du second degré, l vent : x f, 3 mol On en dédut : n f (Ag) 5,0 3 x f,1 3 mol Sot : m f (Ag) n f (Ag). M 0,3 g 11Exercces Les uatons des réactons seront écrtes avec les nombres enters les plus petts possbles. Toutes les constantes d ulbre sont données à 5 C. Applcatons drectes Défnr un quotent de réacton ( 1 du cours) 1. Écrre un quotent de réacton On donne les uatons de réacton suvantes : a. HO (aq) HCO 3 (aq) H O ( ) CO 3 (aq) b. CH 3 NH (aq) HCO H (aq) CH 3 NH 3 (aq) HCO (aq) c. Ge 4 (aq) Cd (s) Ge (aq) Cd (aq) d. Ag (aq) Pb (s) Ag (s) Pb (aq) e. MnO 4 (aq) 8 H (aq) 5 Fe (aq) Mn (aq) 5 Fe 3 (aq) 4 H O ( ) Donner, dans chaque cas, l expresson du quotent de réacton.. Exprmer le quotent d une réacton (vor les dffcultés du chaptre) 1. Écrre l uaton d une réacton mettant en jeu les couples acdobasques suvants, pus donner l expresson du quotent de réacton correspondant : C 6 H 5 CO H (aq) / C 6 H 5 CO (aq) et H 3 O (aq) / H O ( ). Après avor écrt les dem-uatons d oxydoréducton, écrre une uaton de la réacton mettant en jeu les couples suvants, pus donner l expresson du quotent de réacton correspondant : a. Hg (aq) / Hg (aq) et S O 8 (aq) / SO 4 (aq) b. IO 3 (aq) / I (aq) et I (aq) / I (aq). 3. Calculer un quotent de réacton Sot une soluton contenant du dode I, des ons odure I, thosulfate S O 3 et tétrathonate S 4 O 6. Ce système peut être le sège d une réacton d uaton : I (aq) S O 3 (aq) I (aq) S 4 O 6 (aq) Les concentratons apportées valent : [I ] 0,0 mol. L 1 ; [S O 3 ] 0,30 mol. L 1 ; [I ] 0,50 mol. L 1 ; [S 4 O 6 ] 0,00 mol. L 1. 1. Donner l expresson lttérale du quotent de réacton correspondant.. Calculer sa valeur : a. dans l état ntal du système ; b. dans l état du système en cours d évoluton tel que : [I ] 0,15 mol. L 1 4. Détermner un quotent de réacton Le métal fer réagt avec les ons cuvre (II) pour donner du cuvre métallque et des ons fer (II). On ntrodut une masse m 0,8 g de lmalle de fer dans un volume 500,0 ml d une soluton de sulfate de cuvre (II) de concentraton C 0,050 mol. L 1 et on agte. 13 1. Écrre l uaton de la réacton qu se produt.. En dédure l expresson du quotent de réacton correspondant. 3. Détermner sa valeur : a. dans l état ntal du système consdéré ; b. lorsque l avancement de la réacton vaut mmol. 5. Exprmer un quotent de réacton Sot un système obtenu en mélangeant : 1 15,0 ml d une soluton d ons formate HCO de concentraton : C 1 0, mol. L 1 ; 15,0 ml d une soluton d acde ntreux HNO de concentraton : C 0,0 mol. L 1 ; 3,0 ml d une soluton d acde formque HCO H de concentraton : C 3 0, mol. L 1 ; 4,0 ml d une soluton contenant des ons ntrte NO de concentraton : C 4 0, mol. L 1. On consdère la réacton acdo-basque d uaton : HCO (aq) HNO (aq) HCO H (aq) NO (aq) 1. Détermner les concentratons ntales des espèces dans le mélange avant toute évoluton.. Donner l expresson du quotent de réacton. 3. Calculer sa valeur : a. dans l état ntal du système ; b. dans l état du système en cours d évoluton pour lequel : [HCO ] 0,00 mol. L 1 Prévor le sens d évoluton d un système ( du cours) 6. Détermner le sens d une transformaton Sot un système contenant de l ammonac NH 3, des ons ammonum NH 4, de l acde formque HCO H et des ons formate HCO. Ce système peut être le sège de la réacton d uaton : HCO H (aq) NH 3 (aq) HCO (aq) NH 4 (aq) La constante d ulbre assocée à l uaton vaut 3,5 6. La composton ntale du système est : [HCO H] 0,015 mol. L 1 ; [NH 3 ] 0,005 mol. L 1 ; [HCO ] 0,005 mol. L 1 ; [NH 4 ] 0,0 mol. L 1. 1. Donner l expresson lttérale du quotent de réacton.. Calculer sa valeur dans l état ntal du système. 3. En dédure dans quel sens a leu la transformaton.

chaptre Exercces Évoluton spontanée d un système 7. Prévor le sens d une réacton acdo-basque (vor exploter un énoncé) Un système chmque est consttué d anlne C 6 H 5 NH, d ons anlnum C 6 H 5 NH 3, d ons propanoate C H 5 CO et d acde propanoïque C H 5 CO H. Il peut être le sège de la réacton d uaton : C H 5 CO (aq) C 6 H 5 NH 3 (aq) C H 5 CO H (aq) C 6 H 5 NH (aq) 1. Donner l expresson lttérale pus la valeur de la constante d ulbre assocée à l uaton de réacton donnée c-dessus.. Comment va évoluer le système de composton : [C 6 H 5 NH 3 ] 0,00 mol. L 1 ; [C 6 H 5 NH ] 1,0 mol. L 1 ; [C H 5 CO H] 0,0 mol. L 1 ; [C H 5 CO ] 1,0 mol. L 1. Données : p A (C H 5 CO H / C H 5 CO ) p A1 4,8 p A (C 6 H 5 NH 3 / C 6 H 5 NH ) p A 4,5. 8. Prévor le sens d une réacton d oxydoréducton (vor résoudre un exercce) Un système contenant des ons plomb (II) Pb et argent Ag, du plomb et de l argent métallques, peut être le sège de la réacton d uaton : Ag (aq) Pb (s) Ag (s) Pb (aq) 1. Donner l expresson lttérale du quotent de réacton correspondant.. La constante d ulbre de cette réacton vaut 3 31. Un système S est obtenu en ntrodusant dans de l eau dstllée de façon à obtenr 0,0 ml de soluton : n 1 1, mmol d ons plomb (II) ; n,0 mmol de plomb métallque ; n 3 1,0 mmol d ons argent ; n 4 0, mmol d argent métallque. Dans quel sens va évoluer S? Utlsaton des acqus. On plonge ensute dans le bécher un fl de cuvre et un fl d argent. a. Écrre l expresson lttérale du quotent de réacton assocé à la réacton. b. Calculer sa valeur à l état ntal. c. Dans quel sens le système évolue-t-l? d. Quelle observaton expérmentale devrat confrmer l hypothèse? e. Le cuvre est en excès. Lorsque le système a attent son état d ulbre, [Cu ] 5,0 mol. L 1. Montrer que les ons Ag sont à l état de traces en calculant leur concentraton. f. Conclure sur le caractère de la transformaton.. Utlsaton de l avancement D après bac, Polynése, 003 Un système chmque content de l acde hypochloreux HOCl et de l hydroxylamne NH OH. Il content auss des ons hypochlorte ClO et hydroxylammonum NH 3 OH et peut être le sège de la réacton acdo-basque d uaton : HOCl (aq) NH OH (aq) ClO (aq) NH 3 OH (aq) 1. Donner l expresson lttérale pus la valeur de la constante d ulbre assocée à l uaton de cette réacton.. Comment va évoluer le système dont la composton ntale est donnée c-dessous : [HOCl] 0,0 mol. L 1 ; [ClO ] 0,5 mol. L 1 ; [NH OH] 0,0050 mol. L 1 ; [NH 3 OH ] 0,00 mol. L 1. 3. a. Répondre à la même queston, pour un volume total 0 ml, avec la composton ntale suvante : [HOCl] 0,0 mol. L 1 ; [ClO ] 0,0050 mol. L 1 ; [NH OH] 0,050 mol. L 1 ; [NH 3 OH ] 0,0 mol. L 1. b. Établr un tableau d avancement. c. En dédure l expresson du quotent de réacton en foncton de l avancement x. d. Calculer x. Données : p A (HOCl / ClO ) p A 7,5 ; p A (NH 3 OH / NH OH) p A 6,1.. Exprmer et calculer la constante d ulbre de cette réacton. 3. Détermner la valeur du quotent de réacton dans l état ntal de ce système. Comment évolue-t-l? 4. Calculer x. 5. Que vaut alors le ph de la soluton? Données : p A (C H 5 CO H / C H 5 CO ) p A1 4,8 ; p A (NH 3 OH / NH OH) p A 6,1. 1. Calcul de l avancement à l ulbre On ntrodut de la grenalle de plomb et d étan dans une soluton obtenue en mélangeant : 1 0,0 ml d une soluton de ntrate de plomb (II), Pb (aq) NO 3 (aq), de concentraton C 1 4,0 3 mol. L 1 ; 80,0 ml d une soluton de chlorure d étan (II), Sn (aq) Cl (aq), de concentraton C 1,0 3 mol. L 1. 1. De quelle nature est la réacton qu peut se produre? Écrre son uaton en consdérant le métal étan comme réactf.. La constante d ulbre assocée à cette uaton vaut,18. Comment va évoluer le système consdéré? 3. Détermner la valeur de l avancement à l ulbre. 13. Réacton d oxydoréducton (vor exploter un énoncé) Sot un système obtenu en mélangeant : 1 5,0 ml d une soluton de sulfate de fer (III), Fe 3 (aq) 3 SO 4 (aq), de concentraton C 1,0 mmol. L 1,,0 ml de soluton de sulfate de fer (II), Fe (aq) SO 4 (aq), de concentraton C,0 mmol. L 1, 3,0 ml d une soluton de dode, I (aq), de concentraton C 3,00 mmol. L 1, 4,0 ml d une soluton d odure de potassum, (aq) I (aq), de concentraton C 4 00 mmol. L 1. 1. Quelle est la nature de la réacton qu peut se produre? Écrre son uaton en consdérant I (aq) comme un produt.. Donner l expresson du quotent de réacton correspondant. 3. Détermner la valeur du quotent de réacton, dans l état ntal. 4. La constante d ulbre correspondante vaut 1, 5. Comment va évoluer le système consdéré? Données : couples ms en jeu : Fe 3 (aq) / Fe (aq) ; I (aq) / I (aq). L'hypochlorte de sodum est le désnfectant le plus utlsé. La régulaton du ph est essentelle dans le tratement de l'eau des pscnes. En permanence analysé grâce à une sonde, pus corrgé par une pompe (par njecton de produt correcteur), le ph est mantenu automatquement à son nveau déal (7, 7,6). 1. Lors d'un contrôle de ph, la sonde mesure la valeur ph 8,5. Le ph de cette eau, plus élevé que celu de l'humeur aqueuse de l'œl human, est responsable de l'rrtaton des yeux. À ce ph, ndquer l'espèce prédomnante du couple HClO /ClO.. Calculer le rapport des concentratons en ons hypochlorte et en acde hypochloreux lors de ce contrôle (on ne cherchera pas à détermner ces deux concentratons). 3. Pour rétablr la valeur du ph au nveau «déal», la pompe njecte 0, mol d'acde chlorhydrque dans l'eau de la pscne, sans varaton notable du volume de l'eau contenue dans la pscne. L'uaton de la réacton s écrt : ClO (aq) H 3 O (aq) HClO (aq) H O ( ). Exprmer sa constante d'ulbre en foncton de A. La calculer. 4. L'état ntal du système est défn ans : le volume de l'eau de la pscne est 1,0 5 L ; on ntrodut 0, mol d'ons H 3 O par ajout d'acde chlorhydrque ; le rapport [ClO ] / [HClO] est égal à celu calculé. a. Calculer la concentraton molare effectve ntale en ons H 3 O notée [H 3 O ]. b. Calculer le quotent de réacton ntal,. c. En applquant le crtère d'évoluton spontanée, donner le sens d'évoluton de la réacton. d. À partr de l'expresson de la constante d'acdté A et du rapport [ClO ] / [HClO] calculé, montrer que le ph de l'eau de la pscne dmnue. Données : couple acde/base : acde hypochloreux HClO / on hypochlorte CIO : p A 7,5. D après bac, France métropoltane, septembre 005 Exercces expérmentaux ou documentares. À l état de traces (vor résoudre un exercce) On consdère la réacton d uaton : Ag (aq) Cu (s) Ag (s) Cu (aq) La constante d ulbre assocée vaut, 15. Un bécher content un volume 1 0 ml de soluton de ntrate d argent de concentraton C 1 1,0 1 mol. L 1. On ajoute 0 ml de soluton de ntrate de cuvre (II) de concentraton C 5,0 mol. L 1. On obtent une soluton dans laquelle coexstent les ons Ag, Cu et NO 3. 1. Calculer les concentratons ntales [Ag ] et [Cu ]. 11. Calcul du ph à l ulbre* On ntrodut dans un erlenmeyer : 1 5,0 ml d acde propanoïque C H 5 CO H (aq) de concentraton : C 1 1,0 mol. L 1 ; 5,0 ml de propanoate de sodum Na (aq) C H 5 CO (aq) de concentraton : C,5 mol. L 1 ; 3 30,0 ml de soluton de chlorure d hydroxylammonum NH 3 OH (aq) Cl (aq), de concentraton : C 3 1,5 mol. L 1 ; 4 0,0 ml d hydroxylamne NH OH (aq) de concentraton : C 4 1,0 mol. L 1. 1. Quelle est la nature de la réacton qu peut se produre? Écrre son uaton en consdérant que l acde propanoïque est un réactf. 14. Régulaton du ph de l eau d une pscne* L'acde chlorhydrque et l'hypochlorte de sodum sont utlsés dans les pscnes (en mleu beaucoup plus acde que l'eau de la pscne, les ons hypochlorte et chlorure réagssent et donnent un dégagement de dchlore, gaz toxque). L'acde chlorhydrque régule l'acdté ou le ph, tands que l'hypochlorte de sodum désnfecte. Tous deux consttuent des garantes pour notre santé. Non seulement l'eau de la pscne est désnfectée mas, en plus, l'hygène et la propreté des condutes et des fltres sont mantenues sur l'ensemble de son parcours. 15. Plue d or de BERZÉLIUS* (vor l actvté préparatore A) Un système contenant de l odure de plomb (II) PbI (s) et des ons plomb (II) Pb (aq) et odure I (aq) dssous peut être le sège de la réacton d uaton : PbI (s) Pb (aq) I (aq) La constante d ulbre assocée à l uaton de cette réacton vaut 6,30. 1. Donner l expresson de cette constante d ulbre.. On ntrodut de l odure de plomb (II) solde dans de l eau dstllée et on agte longuement : une parte de ce solde jaune ne se dssout pas. 14 15

chaptre Exercces Évoluton spontanée d un système a. La soluton est-elle saturée? b. Donner la valeur du quotent de réacton dans l état ntal du système, c est-à-dre avant toute réacton. c. En dédure comment a évolué le système. Quelle est la composton qualtatve de la soluton? d. érfer qu à l ulbre [Pb ] 1,16 3 mol. L 1. 3. On prélève un peu de la soluton lmpde S qu surnage et on en ntrodut une goutte dans 1 ml d une soluton concentrée d odure de potassum, (aq) I (aq) ; on observe la formaton d un précpté jaune. a. Quelle est la nature du précpté formé? b. Comment explquer la formaton de ce précpté? 4. Que se passerat-l s on ajoutat une goutte de S à 1 ml de soluton concentrée de ntrate de plomb (II), Pb (aq) NO 3 (aq)? 16. Changement de tentes* Dans un tube à essa, verser 1 ml de soluton de chlorure de cobalt (II) à 0,1 mol. L 1 : la tente rose observée est due à l on Co(H O) 6 (aq) (doc. 1a). Ajouter, avec précauton, quelques gouttes d acde chlorhydrque concentré et agter doucement : la soluton devent bleue, couleur des ons CoCl 4 (aq) (doc. 1b). Ajouter alors progressvement de l eau dstllée, tout en agtant et observer (doc. 1c). (a) (b) (c) 1. Pourquo faut-l manpuler avec précauton l acde chlorhydrque concentré? Quel type de pctogramme porte l étquette de la boutelle le contenant? Quelles sont les précautons à prendre pour le manpuler?. Quelles sont les espèces présentes dans une soluton d acde chlorhydrque? 3. Justfer l évoluton observée. Proposer une uaton pour la réacton correspondante. 4. Lorsqu on ajoute progressvement l eau dstllée, la soluton redevent rose. Proposer une explcaton. 17. Dégagement de CO On mélange un volume 1 ml d'une soluton aqueuse S 1 d'acde éthanoïque de concentraton C 1 0,0 mol. L 1 et un volume 15 ml d'une soluton aqueuse S d'hydrogénocarbonate de sodum Na (aq) HCO 3 (aq) de concentraton C 0, mol. L 1. 1. a. Ecrre l'uaton de la réacton susceptble de se produre entre les deux espèces acdo-basques lors du mélange des solutons S 1 et S. b. Calculer la constante d'ulbre assocée.. a. Exprmer, pus calculer le quotent de réacton ntal,. b. En dédure le sens d'évoluton spontané du système chmque. 3. a. Dresser le tableau d'avancement du système et calculer la valeur de l'avancement à l'ulbre x. b. Calculer le taux d'avancement fnal. La réacton est-elle totale? c. Calculer les concentratons des espèces chmques présentes en soluton à l'état fnal. 4. a. La solublté du doxyde de carbone dans les condtons de l'expérence est 0,040 mol. L 1. Qu'observe-t-on? b. Le système chmque évolue-t-l? Justfer. Données : p A (CH 3 CO H (aq) / CH 3 CO (aq)) p A1 4,8 ; p A (CO, H O (aq) / HCO 3 (aq)) p A 6,4... e. Utlser l expresson de. 11. 3. Prendre en compte la dluton lors du mélange. 4. Établr un tableau d avancement. Exprmer le quotent de réacton en foncton de l avancement. Détermner la valeur de x en utlsant l expresson de à l ulbre. 5. Utlser l expresson du ph en foncton du p A. 1. 3. Établr un tableau d avancement. Exprmer le quotent de réacton en foncton de l avancement. Détermner la valeur de x en utlsant l expresson de à l ulbre. 13. 3. Reler les concentratons effectves des ons aux concentratons des solutons. Attenton aux concentratons molares exprmées en mmol. L 1 dans l énoncé et prendre en compte la dluton du mélange. 17. 3. c. Ne pas oubler les espèces spectatrces. 4. b. Détermner qualtatvement l évoluton du quotent de réacton lorsque la concentraton en doxyde de carbone dssous vare. 18. Calcul de l avancement à l ulbre (4 ponts) Certanes transformatons chmques peuvent mettre en jeu la réacton d uaton : Fe (aq) Zn (s) Zn (aq) Fe (s) (1) dont la constante d'ulbre assocée est : 1 1,4 11. Pour étuder expérmentalement des transformatons mettant en jeu les espèces chmques Fe (aq), Zn (s), Zn (aq) et Fe (s) on dspose : d'une soluton aqueuse S 1 de sulfate de fer (II) de concentraton C 1 1,00 1 mol. L 1 ; d'une soluton aqueuse S de sulfate de znc de concentraton C 1,00 1 mol. L 1. À l'nstant t 0, on mélange dans un bécher 0 ml de la soluton S 1, 00 ml de la soluton S, 5,58 g de fer et 6,54 g de znc, pus on agte. La transformaton chmque de ce système peut être modélsée par l'uaton (1). 1. Écrre les dem-uatons d oxydoréducton qu condusent à cette uaton. (0,5 pont). Détermner les quanttés d'ons fer (II) et d'ons znc (II) ntrodutes ntalement. (0,5 pont) 3. Le système chmque ans créé évolue spontanément. Une analyse du système permet d'obtenr des hstogrammes qu donnent les quanttés en ons fer (II) et en ons znc (II) pour dfférents états du système. Les tros hstogrammes représentés sur les documents 1 à 3 correspondent chacun à un état du système lors de son évoluton : Doc. 1 État E l quantté de matère (mol) 0,030 0,05 0,00 0,015 0,0 0,005 0 ons fer (II) ons znc (II) État E quantté de matère (mol) 0,030 0,05 0,00 0,015 0,0 0,005 0 ons fer (II) ons znc (II) Doc. Exercce type BAC Doc. 3 a. Calculer le quotent de réacton assocé à l'uaton de réacton (1) à l'état ntal. (0,5 pont) Quel hstogramme correspond à cet état? Justfer. (0,5 pont) b. Énoncer le crtère d'évoluton spontanée d'un système chmque. Prévor dans quel sens évolue spontanément le système. (0,5 pont) c. Calculer les quotents de réacton,1 et,3 correspondant aux états E 1 et E 3 [Doc. 1 et 3]. (0,5 pont) d. Les deux états E 1 et E 3 peuvent-ls correspondre à des états ntermédares du système entre l'état ntal et l'état fnal? Justfer. (0,5 pont) 4. L'avancement de la transformaton à l'état fnal est égal à : 1,00 mol. a. Établr le tableau descrptf de l'évoluton du système et détermner les quanttés de matère à l'état fnal. (0,5 pont) b. Compléter l'hstogramme donnant les concentratons en ons fer (II) et en ons znc (II) dans l'état fnal [Doc. 4]. (0,5 pont) Données : couples oxydant/réducteur : Fe (aq) / Fe (s), Zn (aq) / Zn (s) et H (aq) / H (g) ; M(Fe) 55,8 g. mol 1 et M(Zn) 65,4 g. mol 1 ; constante d'aogadro : N A 6,0 3 mol 1 ; charge élémentare : e 1,60 1 C. Doc. 4 État E 3 quantté de matère (mol) 0,030 0,05 0,00 0,015 0,0 0,005 0 ons fer (II) ons znc (II) 0,0 0,15 0, 0,05 0 État d'ulbre ( compléter) concentraton (mol.l 1 ) ons fer (II) ons znc (II) D après bac, Amérque du Nord, 005 16 17