Une transformation chimique non totale tend vers un état d’équilibre.
➜ Comment caractériser la composition d’un système à l’équilibre ?
Objectifs
Déterminer la valeur du quotient de réaction à l’état final d’une transformation non totale.
Doc. 1
Réaction étudiée
Lors de cette expérience, on étudie la réaction acide‑base entre l’acide éthanoïque CH3COOH(aq) et l’eau. Cet acide est le soluté majoritaire du vinaigre.
Il est notamment utilisé au quotidien pour enlever les traces de calcaire et détartrer les bouilloires.
Doc. 2
Quotient de réaction
On considère une réaction chimique d’équation :
aA(aq)+bB(aq)⇄cC(aq)+dD(aq)
Le quotient de réaction Qr est défini par la relation :
Qr=(c∘[A])a⋅(c∘[B])b(c∘[C])c⋅(c∘[D])d
Qr : quotient de réaction
[A],[B],[C] et [D] : concentrations des espèces en
solution (mol·L-1)
a,b,c,d : coefficients stœchiométriques
c∘ : concentration standard égale à c∘=1 mol·L-1
Seules les concentrations des espèces dissoutes en solution interviennent dans l’expression. Les espèces chimiques sous forme solide, notées (s), ou le solvant, composé liquide majoritaire, noté (l), n’apparaissent pas.
Doc. 3
Matériel nécessaire
Quatre béchers de 25 mL
pH‑mètre étalonné
Quatre solutions d’acide éthanoïque de concentration en soluté apporté :
c1=1,0×10−3 mol⋅L-1 c2=2,0×10−3 mol⋅L-1 c3=5,0×10−3 mol⋅L-1 c4=1,0×10−2 mol⋅L-1
Conductimètre étalonné
Données
Conductivités molaires ioniques à 25 °C : λ(H3O+)=34,98×10−3 S⋅m2⋅mol-1 et
λ(CH3COO−)=4,10×10−3 S⋅m2⋅mol-1
Compétences
✔RAI/ANA : Élaborer un protocole
✔RAI/MOD : Modéliser
une transformation
✔VAL : Analyser des
résultats
Questions
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1. Écrire l’équation de réaction entre l’acide éthanoïque CH3COOH(aq) et l’eau H2O(l).
2. Exprimer le quotient de réaction Qr associé à cette réaction.
3. À l’aide des expressions littérales, dresser le tableau d’avancement de la réaction.
Avancement
+
→
+
État initial
x=0 mol
État intermédiaire
x
État final
xmax
4. Exprimer la concentration en quantité de matière des ions oxonium [H3O+] en
fonction de la conductivité de la solution et des conductivités molaires ioniques.
5. À l’équilibre, exprimer les concentrations [CH3COOH]eq en fonction de [H3O+]eq.
6. Proposer un protocole pour déterminer le quotient de réaction à l’équilibre, noté K.
7. Calculer K pour chacune des solutions d’acide. Comparer les valeurs obtenues à partir
des quatre solutions d’acide avec des concentrations initiales différentes.
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Synthèse de l'activité
En déduire l’influence des conditions initiales sur la valeur du quotient de réaction à l’équilibre, appelée plus simplement constante d’équilibre et notée K.
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