AE :Équilibre dynamique- Constante d'équilibre
I- Équilibre chimique dynamique
Objectif : Réaliser des expériences pour déterminer si la réaction entre les ions argent(I) et les ions fer(II)
est totale ou non.
Document:Tests caractéristiques
Solution ajoutée(qq gouttes) Hexacyanoferrate (III) de potassium
Chlorure de sodium Thiocyanate de potassium
observations Coloration bleu
intense
Précipité blanc Coloration rouge intense
Ions testés Fe2+ Ag+ Fe3+
Protocole : Influence de la composition initiale
Préparer chacun des mélanges suivants dans 3 béchers distincts. La concentration des solutions est de 0,10 mol/L.
Mélange M1 M2 M3
Solution de nitrate d'argent V1=2,5 mL V2=10,0mL V3=5,0mL Solution de sel de Mohr V1'=5,0 mL V2'=5,0 mL V3'=5,0 mL
Questions :
1. Écrire l'équation d'oxydoréduction entre l'ion Fe2+ et l'ion Ag+. Couples oxydant/réducteur : Fe3+/Fe2+ et Ag+/Ag.
2. Pour chacun des mélanges, calculer les quantités de matières de réactifs introduites et identifier le réactif limitant.
3. Réaliser le protocole. Pour chaque mélange, indiquer grâce aux résultats des tests, les espèces chimiques présentes dans l'état final.
4. Est-ce cohérent avec l'hypothèse d'une réaction totale ?
5. La composition initiale du mélange a-t-elle une influence sur la nature des espèces présentes à l'état final ?
6. Indiquer dans l'écriture de l'équation le symbole adapté : réaction totale →, réaction non totale ←→ 7. La transformation inverse est possible. Écrire son équation et proposer un protocole pour mettre en
évidence les produits formés. Expliquer pourquoi on a choisi une flèche "double".
Bilan :
Expliquer pourquoi la présence de tous les réactifs dans l'état final prouve que la transformation n'est pas totale.
Quelle relation peut-on écrire entre l'avancement final et l'avancement maximal pour une transformation totale ? pour une transformation non totale ?
II- Constante d'équilibre d'une transformation chimique
Une constante d'équilibre caractérise l'état d'équilibre d'un système chimique.
On définit la constante d'équilibre K d'une transformation chimique comme étant la valeur prise par le quotient de réaction Qr à l’état d'équilibre chimique.
K n'est pas une grandeur temporellement évolutive: elle ne dépend que de la température.
L'acide éthanoïque, ou acide acétique, tire son nom de sa présence dans le vinaigre (acetum en latin). On cherche à caractériser sa réaction avec l'eau, qui provoque une diminution du pH.
Protocole 1 : Dilutions de la solution d'acide éthanoïque
À partir d'une solution mère (S1), d'acide éthanoïque de concentration c1=1,0.10-1mol.L-1, préparer : une solution fille (S2) de concentration c2=1,0.10-2 mol.L-1;
une solution fille (S3) de concentration c3=5,0.10-3 mol.L-1;
Protocole 2 : Mesure du pH des solutions d'acide éthanoïque
Dans 3 béchers, verser environ V=30 mL des solutions1, 2 et 3. Mesurer le pH de chaque solution au centième d'unité pH près. Recopier et compléter le tableau suivant avec les valeurs de pH mesurées pour chaque solution.
Solution pH [H3O+]éq [CH3CO2-]éq [CH3CO2H]éq
Solution 1 Solution 2 Solution 3
Questions :
1. Réaliser les protocoles 1 et 2.
2. Calculer pour chaque solution la concentration [H3O+]éq en ions oxonium et l'indiquer dans le tableau du protocole 2.
3. Écrire l'équation de la réaction entre l'acide éthanoïque et l'eau. couples acide/base: CH3CO2H / CH3CO2- et H3O+/ H2O.
4. Pour une concentration apportée C en acide éthanoïque et un volume V de solution, construire le tableau d'avancement en notant xéq l'avancement à l'équilibre.
5. En déduire la relation entre la concentration [H3O+]éq en ions oxonium à l'équilibre, le volume V et xéq 6. Déduire de la relation précédente qu'à l'équilibre :
[CH3CO2H]éq = c - [H3O+]éq et [CH3CO2-]éq = [H3O+]éq
7. Compléter les deux dernières colonnes du tableau du protocole 2.
8. Donner l'expression du quotient de réaction Qr,éq à l'état final (état d'équilibre) en fonction des
différentes concentrations à l'équilibre.
9. Calculer la valeur de Qr,éq pour chaque solution. Déterminer la moyenne des Qr,éq pour en déduire la valeur expérimentale de la constante d'équilibre K. 10. Calculer le taux d'avancement final é pour
chaque solution.
Le quotient de réaction Qr
caractérise l’état du système chimique. Pour une réaction chimique en solution aqueuse d’équation
0
,
Le quotient de réaction s’écrit : 3
°
Les concentrations s’expriment en mol.L-1, c°=1 mol.L-1
Le quotient de réaction est sans dimension (sans unité).
Bilan :
La composition de la solution à l'état final dépend-elle de la composition initiale ? Le quotient de réaction à l'état final dépend-il de la composition initiale ?
Le taux d'avancement final dépend-il de la composition initiale ?
III- Etude statistique de l'incertitude sur la valeur de la constante d'équilibre (incertitudes de type A) avec le logiciel Gum2020.
1. Noter au tableau les valeurs de la constante d'équilibre K obtenuespar chaque binôme de la classe. 2. Lancer le logiciel depuis le menu démarrer/programmes/programmes-réseau/physique/gum2020 3. Cliquer sur Terminale, puis sur l'onglet incertitude de type A.
4. Donner le nom à la grandeur et son unité et saisir les 12 valeurs de K.
5. Écrire le résultat de la constante d'équilibre tenant compte de cette incertitude.
6. Comparaison avec la valeur de référence : Kref = 1,8.10-5. Utiliser le logiciel Gum pour valider le protocole utilisé pour la détermination de K.
