Chapitre 6
Activité 2 - Activité expérimentale
90 min
Constante d'équilibre
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Objectif :Déterminer la valeur du quotient de réaction à l'état final d'une transformation non totale.
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Problématique de l'activité
Une transformation chimique non totale tend vers un état d'équilibre.
Comment caractériser la composition d'un système à l'équilibre ?
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Doc. 1Réaction 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.
Il est notamment utilisé au quotidien pour enlever les traces de calcaire et détartrer les bouilloires.
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Doc. 2Quotient 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}=\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}}
Q_\text{r} : quotient de réaction
[\text{A}], [\text{B}], [\text{C}] et [\text{D}] : concentrations des espèces en solution (mol·L-1)
a, b, c, d : coefficients stœchiométriques
c^{\circ} : concentration standard égale à c^{\circ} = 1 mol·L-1
[\text{A}], [\text{B}], [\text{C}] et [\text{D}] : concentrations des espèces en solution (mol·L-1)
a, b, c, d : coefficients stœchiométriques
c^{\circ} : concentration standard égale à c^{\circ} = 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.
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Doc. 3Matériel nécessaire
- Quatre béchers de 25 mL
- pH‑mètre étalonné
- Quatre solutions d'acide éthanoïque de concentration en soluté apporté :
c_1 = 1{,}0 \times 10^{-3} mol⋅L-1
c_2 = 2{,}0 \times 10^{-3} mol⋅L-1
c_3 = 5{,}0 \times 10^{-3} mol⋅L-1
c_4 = 1{,}0 \times 10^{-2} mol⋅L-1 - Conductimètre étalonné
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- 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
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Questions
Compétence(s)
RAI/ANA : Élaborer un protocole
RAI/MOD : Modéliser une transformation
VAL : Analyser des résultats
RAI/MOD : Modéliser une transformation
VAL : Analyser des résultats
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.
| Avancement | + | \rightarrow | + | |||||
| État initial | x=0 mol | |||||||
| État intermédiaire | x | |||||||
| État final | x_\text{max} | |||||||
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.
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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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