Mesures de pH, taux d'avancement final

 Publié le October 3, 2021  |  4 minutes  |  744 mots  |  David Latreyte

Objectifs

  • Mesurer le pH de différentes solutions.
  • Effectuer des dilutions.
  • Étudier l’influence de la concentration sur le taux d’avancement final de la réaction de différents acides avec l’eau.

Mesures du pH de solutions d’acide chlorhydrique

Préparation des solutions

On dispose d’une solution $S_{0}$ d’acide chlorhydrique $\ce{H^+ (aq) + Cl^- (aq)}$ de concentration apportée $C_0 = \pu{0,10 mol.L-1}$.

  1. Proposer un mode opératoire pour obtenir, à partir de $S_{0}$, $\pu{100,0 mL}$ d’une solution $S_{1}$ d’acide chlorhydrique de concentration $C_1 = \pu{1,0e-2 mol.L-1}$. Réaliser la manipulation.

  2. Toujours à partir de la solution $S_{0}$, préparer une autre solution $S_{2}$ d’acide chlorhydrique de concentration $C_2 = \pu{5,0e-3 mol.L-1}$. Pourquoi vaut-il mieux utiliser la solution $S_{0}$ et non pas la solution $S_{1}$ pour réaliser cette opération ?

  3. Maintenant que la technique est connue, préparer les solution $S_{3}$, $S_{4}$ et $S_{5}$, d’acide chlorhydrique, de concentrations $C_3 = \pu{1,0e-3 mol.L-1}$, $C_4 = \pu{5,0e-4 mol.L-1}$, $C_5 = \pu{1,0e-4 mol.L-1}$. Bien réfléchir à chaque fois au meilleur choix de la solution mère avant d’effectuer ces dilutions.

[Lire]
pH  Acide  Base  Couple acide/base  Réaction acide-base  Dilution  Taux d'avancement final 

Les différentes raisons pour lesquelles un système chimique n'évolue pas

 Publié le January 15, 2021  |  3 minutes  |  589 mots  |  David Latreyte

Lors de sa constitution, un système chimique peut évoluer ou rester dans l’état initial. L’objectif de ce document est de comprendre que l’absence d’évolution peut correspondre à des situations très diverses.

Documents

Des évolutions trop limitées

Certaines des réactions chimiques que l’on peut envisager pour un système ne peuvent pas être observées, car leur constante d’équilibre est bien trop petite.

  • La réaction entre les ions zinc (II) et le cuivre dont l’équation s’écrit : $$\ce{ Cu (s) + Zn^{2+} (aq) <=> Cu^{2+} (aq) + Zn(s) }$$ Sa constante d’équilibre $K$ vaut $5.10^{-38}$ à 25 C.

    Lorsqu’on introduit de la tournure de cuivre dans une solution de sulfate de zinc (II) à $\pu{1 mol.L-1}$, on n’observe aucun de dépôt métallique de zinc. Le système constitué initialement par les ions zinc (II) et le cuivre n’évolue pas ; le taux d’avancement de la réaction à l’équilibre est extrêmement faible.

    En revanche, une lame de zinc plongée dans une solution de sulfate de cuivre se recouvre spontanément d’un dépôt rouge de cuivre : l’évolution de ce système en sens inverse de l’écriture est ici favorisée.

[Lire]
Quotient de réaction  Constante d'équilibre  Taux d'avancement final  Cinétique chimique  Blocage cinétique 

Quotient de réaction et constante d'équilibre

 Publié le January 9, 2021  |  7 minutes  |  1299 mots  |  David Latreyte

Quotient de réaction

Introduction

  • Le quotient de réaction $Q_r$ est une grandeur qui caractérise un système chimique dans un état donné.

  • L’évolution de sa valeur au cours de la transformation renseigne sur l’évolution du système chimique étudié.

Le quotient de réaction calculé dans deux états différents du système aura deux valeurs différentes à moins que ces deux états ne soient des états d’équilibre.

Expression de $Q_r$ dans le cas de systèmes chimiques uniquement constitués d’espèces dissoutes

Le quotient de réaction $Q_r$ de la réaction d’équation chimique $$ \ce{ \alpha{} A (aq) + \beta B (aq) <=> \gamma C (aq) + \delta D (aq)} $$ a pour expression, lorsque toutes les espèces sont dissoutes dans la solution $$ Q_r = \dfrac{\left( \dfrac{[{C}]}{C^o} \right)^\gamma \cdot \left( \dfrac{[{D}]}{C^o} \right)^\delta}{\left( \dfrac{[{A}]}{C^o} \right)^\alpha \cdot \left( \dfrac{[{B}]}{C^o} \right)^\beta} $$ avec $C^o = \pu{1,00 mol.L-1}$.
$Q_r$ est une grandeur sans dimension.

Soit l’équation de la réaction d’oxydation des ions thiosulfate $\ce{S2O3^{2-}}$ par le diiode $\ce{I2}$. Il se forme des ions tetrathionate $\ce{S4O6^{2-}}$ et des ions iodure $\ce{I-}$.

  1. Écrire l’équation de la réaction.

  2. Donner l’expression du quotient de réaction pour un état quelconque d’une transformation modélisée par la réaction étudiée.

[Lire]
Quotient de réaction  Constante d'équilibre  Taux d'avancement final 

Équilibre Chimique

 Publié le January 7, 2021  |  10 minutes  |  2081 mots  |  David Latreyte

Étude de quelques transformations chimiques modélisées par des réactions acido-basiques

Action du chlorure d’hydrogène sur l’eau

On introduit $\pu{0,010 mol}$ de chlorure d’hydrogène $\ce{HCl (g)}$ dans $\pu{1,0 L}$ d’eau. On mesure le pH de la solution ainsi formée et on obtient : $\mathrm{pH} = \pu{2,0}$.
On fait l’hypothèse que la transformation de dissolution est totale.

  • La transformation due à la réaction chimique entre le chlorure d’hydrogène solubilisé et l’eau est-elle totale ?
Solution

$$ \ce{HCl (aq) + H2O –> Cl^- (aq) + H3O^+} $$

État Avancement $\ce{HCl}$ $+$ $\ce{H2O}$ $\ce{–>}$ $\ce{Cl^-}$ $\ce{H3O^+}$
Initial $0$ $n_i(\ce{HCl})$ excès $0$ $0$
Intermédiaire $x$ $n_i(\ce{HCl}) - x$ excès $x$ $x$
Final $x_f$ $n_i(\ce{HCl}) - x_f$ excès $x_f$ $x_f$
Final hypo. $x_{max}$ $n_i(\ce{HCl}) - x_{max}$ excès $x_{max}$ $x_{max}$

  • $n_i(\ce{HCl}) - x_{max} = 0 \iff x_{max} = n_i(\ce{HCl})$
    $x_{max} = \pu{0,010 mol}$

  • $x_f = n_f(\ce{H3O^+}) = C^o \cdot V \cdot 10^{-\mathrm{pH}}$ puisque $\mathrm{pH} = -\log \dfrac{[\ce{H3O^+}]_f}{C^o}$ avec $C^o = \pu{1,00 mol.L-1}$.
    $x_f = \pu{1,00 mol.L-1} \times \pu{1,0 L} \times 10^{—2,0} = \pu{0,010 mol}$.

En conclusion, $x_f = x_{max}$ ; la transformation chimique est totale.

[Lire]
Transformation chimique totale  Transformation chimique limitée  Transformation chimique non totale  Taux d'avancement final