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Constante d'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 ${\text{CH}}_3\text{COOH(aq)}$ 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 :

Le quotient de réaction $Q_{\text{r}}$ est défini par la relation :
$Q_r=\frac{{\left(\frac{[\mathrm{C}]}{c^{\circ }}\right)}^c\cdot {\left(\frac{[\mathrm{D}]}{c^{\circ }}\right)}^d}{{\left(\frac{[\mathrm{A}]}{c^{\circ }}\right)}^a\cdot {\left(\frac{[\mathrm{B}]}{c^{\circ }}\right)}^b}$


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.

• Conductivités molaires ioniques à 25 °C :
  $\lambda ({\text{H}}_{\text{3}}{\text{O}}^{\text{+}})=34,98\times 10^{-3}$ S⋅m²⋅mol^-1 et
  $\lambda ({\text{CH}}_{\text{3}}{\text{COO}}^{-})=4,10\times 10^{-3}$ S⋅m²⋅mol^-1

✔ RAI/ANA : Élaborer un protocole

✔ RAI/MOD : Modéliser une transformation

✔ VAL : Analyser des résultats

1. Écrire l’équation de réaction entre l’acide éthanoïque ${\text{CH}}_3\text{COOH(aq)}$ et l’eau ${\text{H}}_2\text{O(l)}$.


2. Exprimer le quotient de réaction $Q_{\text{r}}$ associé à cette réaction.


3. À l’aide des expressions littérales, dresser le tableau d’avancement de la réaction.


4. Exprimer la concentration en quantité de matière des ions oxonium $[{\text{H}}_3{\text{O}}^{+}]$ en fonction de la conductivité de la solution et des conductivités molaires ioniques.


5. À l’équilibre, exprimer les concentrations $[{\text{CH}}_3{\text{COOH]}}_{\text{eq}}$ en fonction de $[{\text{H}}_3{\text{O}}^{+}{]}_{\text{eq}}$.


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.

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 $K$.