Mesures de pH, taux d'avancement final

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.

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

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.

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Quotient de réaction et constante d'équilibre

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 $\ce{I-}$.

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Équilibre Chimique

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

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

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