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


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 $K$.