TP : Réaction de l'acide éthanoïque sur l'eau : existe-t-il une loi réagissant l'équilibre ?
1. Présentation du problème
Quelle est la réaction ayant lieu entre l'eau et l'acide éthanoïque ?
2. Comment utiliser le conductimètre
En pratique comment doit être placé la sonde dans la solution pour que la mesure soit correcte ?
Les 4 anneaux doivent être immergées ; maintenir la cellule loin des bords du récipient et vérifier l’immersion complète des plaques ainsi que l’absence de bulle d’air.
Que mesure le conductimètre ? Qu'affiche-t-il ?
Il mesure la tension u aux bornes de l'anneau 2 et 3 et le courant qui passe à travers. Il affiche la conductance G = I/U
Comment peut-on obtenir la conductivité σ à partir de la conductance ?
G = σ/K ; G et σ sont proportionnels. La constante de proportionnalité s'appelle la constante de cellule. La constante de cellule dépend de la géométrie de la cellule. On supposera qu'elle est
constante tant que le conductimètre n'est pas éteint. Pour la déterminer on utilisera une solution dont on connait la conductivité.
Quelle précaution pratique faut-il prendre entre deux mesures conductimétriques ? Rincer et sécher avec du papier joseph la sonde entre deux mesure
En pratique comment limiter les problèmes liés à un rinçage peu efficace.
Commencer par les solutions dont la conductivité est la plus faible.
Quel calibre utiliser ?
Comme pour un ampèremètre ou un voltmètre on commence par le plus grand calibre puis on descend jusqu'au calibre le plus adapté.
3. Approche littérale
Quelles sont les espèces chimiques présentes dans une solution d'acide éthanoïque de concentration en soluté c ?
Parmi ces espèces chimiques lesquelles participent à la conduction du courant et donc à la conductivité de la solution ?
En déduire l'expression littérale de la conductivité de la solution en fonction de la concentration des ions.
Compléter le tableau d'avancement :
Equation de la réaction
Etat initial cV excès 0 0
Etat intermédiaire cV-x excès x x
Etat final cV-xf excès xf xf
En déduire la relation entre la concentration en ion éthanoate et l'ion oxonium puis la relation entre la concentration en acide éthanoïque et en ion oxonium.
D'après le tableau d'avancement et donc
D'après le tableau d'avancement = donc
Ces deux relations sont vraies a tout instant au cours de la transformation (notamment à l'état initial et à l'état final)
En déduire l'expression de la concentration en ion oxonium en fonction de la conductivité.
La réaction étant rapide, le système est tout de suite dans l'état final. On mesure la conductivité de l'état final
Enfin donner l'expression de la concentration en ion oxonium en fonction de la conductance de la solution
Donc
4. Préparer les solutions
A partir de la solution d'acide éthanoïque de concentration c0=1,00.10-2 mol.L-1, on souhaite préparer 50 mL de solution de concentration 5,00.10-3 mol.L-1 et 100 mL de solution de concentration 2,00.10-3 mol.L-1. Quels sont les volumes de solution mère à prélever ?
Concentration de la solution
préparée 5,00.10-3 mol.L-1 2,00.10-3 mol.L-1
Volume de solution mère à
prélever
Faire un schéma légendé du protocole pour réaliser ces solutions.
Revoir le protocole d'une dilution. La pipette jaugée sera préférentiellement choisi par rapport à une pipette graduée car elle est plus précise.
Comment nettoie-t-on les pipettes avant utilisation ?
On utilise la solution que l'on souhaite prélever pour nettoyer la pipette.
5. Mesure de conductance
On souhaite mesurer la conductance G de ces trois solutions d'acide éthanoïque et celle de la solution étalon de chlorure de potassium de concentration molaire 1,00.10-2 mol.L-1.
Dans quel ordre procéder ?
On mesure les solution d'acide éthanoïque dans l'ordre croissant des concentrations puis on mesure la conductivité de la solution de chlorure de potassium
Réaliser les mesures de conductance G et les consigner dans le tableau ci-dessous (donner les résultats avec 3 chiffres significatifs)
solution CH3COOH à 10-2 CH3COOH à 5.10-3 CH3COOH à 2.10-3 (K+ + Cl-) à 10-2
G en µS 170 120 76,2 1400
σ en S.m-1 0,1278
En utilisant la solution étalon compléter la dernière ligne du tableau. σétalon = 0,1278 S.m-1 à 20°C
En utilisant la solution étalon de chlorure de potassium (K+ + Cl-) on déterminer la constante de cellule k
Puis on utilise cette constante de cellule pour détermine la conductivité des solutions d'acide éthanoïque :
6. Exploitation des mesures
Données : Valeurs des conductivités molaires ioniques à 20 °C : λ(H3O+) = 35,0 mS.m2.mol-1 λ(CH3COO-) = 4,1 mS.m2.mol-1
c
10-2
3,96.10-1 mol.m-3
= 3,96.10-4
mol.L-1
3,96.10-4 mol.L-1
10-2-3,96.10-4
= 9,60.10-3
mol.L-1
4,79
5.10-3
2,81.10-1 mol.m-3
= 2,81.10-4
mol.L-1
2,81.10-4 mol.L-1
5.10-3-2,81.10-4
= 4,72.10-3
mol.L-1
4,78
2.10-3
1,78.10-1 mol.m-3
= 1,78.10-4
mol.L-1
1,78.10-4 mol.L-1
2.10-3-1,78.10-4
= 1,82.10-3
mol.L-1
4,76
Conclure
Quelque soit la concentration en soluté le quotient K a toujours la même valeur. On appelle cette valeur la constante d'équilibre. Sa valeur est différente si on étudie un autre équilibre.
