Thierry CHAUVET Terminale S - Page 1/4 Sciences Physiques au Lycée
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Ch im ie - C0 7
Evolution spontanée d'une transformation acido-basique
1- Objectifs
Les objectifs de ce travail sont de:
- Déterminer expérimentalement l'état final d'un système à partir du pH.
- Calculer le quotient de réaction Qr,idans l'état initial.
- Enoncer le critère d'évolution du système en comparant Qr,iet Qr,éq
2- Introduction
Afin d'énoncer le critère d'évolution spontanée d'un système, on réalisera trois mélanges de solutions d'espèces acido-basiques prises dans des quantités connues et on mesurera leur pH.
La manipulation proposée met en jeu des solutions dans lesquelles interviennent les couples acido-basiques suivants:
- Acide éthanoïque / ion éthanoate (CH3COOH/CH3COO–) avec pKA1=4,8 et KA1=1,6.10–5 - Acide méthanoïque / ion méthanoate (HCOOH/HCOO–) avec pKA2=3,8 et KA2=1,6.10–4 On mélange, dans des quantités connues, les solutions des quatre espèces précédentes.
A partir du pH de chaque mélange, on établira le rapport entre la quantité de base et la quantité d'acide conjugué et on comparera les valeurs trouvées aux rapports initiaux des mêmes espèces.
De ces calculs, on pourra conclure sur l'évolution des trois systèmes étudiés.
Ensuite, on déterminera puis on calculera la valeur de la constante d'équilibre (notée K) de la réaction mettant en jeu ces quatre espèces chimiques puis on calculera le quotient de réaction Qr,i.
La comparaison de Qr,i et de K pour chaque mélange et l'examen des valeurs obtenues ci-dessus permettra d'énoncer le critère d'évolution spontanée d'une transformation acido-basique.
3- Manipulation
On dispose des solutions suivantes:
- Acide éthanoïque, à 1,0.10–2mol.L–1 - Acide méthanoïque, à 1,0.10–2mol.L–1 - Ethanoate de sodium à 1,0.10–2mol.L–1 - Méthanoate de sodium à 1,0.10–2mol.L–1
La concentration molaire volumique commune sera notée C pour toute l'activité.
On réalise trois mélanges de 50mL à partir de ces quatre solutions à l'aide d'une fiole jaugée de 50,0mL et de burettes graduées de 50mL en complétant si nécessaire avec de l'eau distillée jusqu'au trait de jauge. On mesure ensuite le pH de chaque mélange.
Les mélanges n°1, n°2 et n°3 ont la composition suivante:
Volume (en mL)
Mélange n°1 Mélange n°2 Mélange n°3
Va(acide éthanoïque) 10 10 20
Vb(éthanoate de sodium) 10 1 1
Vc(acide méthanoïque) 10 10 5
Vd(méthanoate de sodium) 10 10 10
Eau pour compléter à 50,0mL 10 19 14
pH
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4- Exploitation des résultats
4-1- Calcul du rapport [base]
éq/[acide conjugué]
éqPour chaque solution, on détermine puis calcule le rapport [CH3COO–]éq/[CH3COOH]éqen fonction de pH et de pKA1.
Donner l'expression littérale du rapport [CH3COO–]éq/[CH3COOH]éqen fonction de pH et pKA1.
Calculer ce rapport pour le mélange n°1 en explicitant le calcul.
Donner l'expression littérale du rapport [HCOO–]éq/[HCOOH]éqen fonction de pH et pKA2.
Calculer ce rapport pour le mélange n°1 en explicitant le calcul.
Calculer ces rapports pour les autres mélanges, puis porter les résultats dans le tableau suivant.
Couples Mélange n°1 Mélange n°2 Mélange n°3
[CH3COO–]éq/[CH3COOH]éq
[HCOO–]éq/[HCOOH]éq
4-2- Calcul du rapport [base]
i/[acide conjugué]
iOn détermine la quantité de soluté apportée par chaque solution dans le mélange.
On considère ensuite l'instant virtuel où le mélange s'effectue sans que la réaction acido-basique n'ait eu le temps de s'établir. On dispose alors d'un mélange de quatre espèces chimiques n'ayant pas encore réagi entre elles dans un volume réactionnel VR=50mL. On peut donc calculer la concentration virtuelle de chaque soluté.
Pour l'acide éthanoïque, on la notera [CH3COOH]i. Cette notation est abusive car elle concerne, selon les notations habituelles, des espèces dissoutes et non pas des espèces apportées; il faut donc bien connaître sa signification.
Pour l'acide éthanoïque, dans le mélange n°1, nous aurons [CH3COOH]i= C.Va VR = C
5.
Etablir les expressions de [CH3COO–]i, de [HCOOH]iet de [HCOO–]ien fonction de C pour le mélange n°1.
Thierry CHAUVET Terminale S - Page 3/4 Sciences Physiques au Lycée Compléter les tableaux suivants pour chaque mélange (expression littérale en fonction de C).
Volumes en mL Mélange n°1 Mélange n°2 Mélange n°3
Concentrations en mol.L-1 Volume Concentration Volume Concentration Volume Concentration
Acide éthanoïque 10 10 20
Ion éthanoate 10 1 1
Acide méthanoïque 10 10 5
Ion méthanoate 10 10 10
Couples Mélange n°1 Mélange n°2 Mélange n°3
[CH3COO–]i/[CH3COOH]i
[HCOO–]i/[HCOOH]i
5- Evolution des systèmes chimiques pour les différents mélanges
Pour chaque mélange, comparer le rapport [CH3COO–]i/[CH3COOH]iau rapport [CH3COO-]éq/[CH3COOH]éq et dire dans quel sens la réaction semble s'être déroulée.
Pour chaque mélange, comparer le rapport [HCOO–]i/[HCOOH]iau rapport [HCOO-]éq/[HCOOH]éqet dire dans quel sens la réaction semble s'être déroulée.
Pour chaque mélange, faire le bilan de l'évolution.
Pour le mélange 1:
Pour le mélange 2:
Pour le mélange 3:
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6- Quotient de réaction dans l'état initial (noté Q
r,i)
Le quotient de réaction dans l'état initial est établi comme d'habitude : le produit des concentrations virtuelles des produits affectées des nombres stoechiométriques est divisé par le produit des concentrations virtuelles des réactifs affectées des nombres stoechiométriques. Par exemple:
Qr,i=[CH3COO–]i.[HCOOH]i
[CH3COOH]i.[HCOO–]i
Calculer Qr,iet compléter le tableau suivant pour chaque mélange.
Mélange n°1 Mélange n°2 Mélange n°3 Qr,i
7- Constante d'équilibre de la réaction (notée K)
On considère que l'acide éthanoïque est un réactif. Ecrire l'équation de la réaction acido-basique qui est susceptible de se produire.
Donner l'expression littérale de la constante d'équilibre K et calculer sa valeur.
8- Quotient de réaction dans l'état final (noté Q
r,éq)
Donner l'expression littérale du quotient de réaction Qr,éq dans l'état final et calculer sa valeur.
Que remarque-t-on?
9- Critère d'évolution spontanée d'une transformation acido-basique
Enoncer le critère d'évolution spontanée d'une transformation acido-basique puis celui qui correspondrait à une transformation chimique plus générale.
