Chapitre 7 : critère d'évolution spontané

 

Réactions en solution aqueuse (d'après Bac Polynésie juin 97)  corrigé

 

Données : les mesures sont effectuées à 25 °C :

Acide éthanoïque / ion éthanoate :

CH3CO2H / CH3CO2-  pKA1 = 4,7

Ion ammonium / ammoniac :

NH4+/ NH3  : pKA1 = 9,2                                                                            

H3O+ / H2O : pKA = 0

H2O / HO-: pKA = 14

.

Q1  Produit ionique de l'eau

a) Qu'appelle-t-on produit ionique de l'eau ?

 

b) Déterminer sa valeur à partir des données précédentes.

 

Q2 Réaction de l'acide éthanoïque et de l'eau

On introduit de l'acide éthanoïque pur dans de l'eau. On obtient une solution aqueuse S1 de volume V1  = 10 mL, de concentration apportée en acide éthanoïque C1 = 2,00.10-2 mol.L- 1. La mesure du pH de la solution S1 donne 3,2.

 

a) Écrire l'équation de la réaction de l'acide éthanoïque avec l'eau. On note (1) cette équation.

 

b) Tracer le diagramme de prédominance du  couple  acide éthanoïque /  ion  éthanoate.    En  déduire l'espèce prédominante dans la solution S1.

 

Q3

a) Déterminer l'avancement final xf1 de la réaction de l'acide éthanoïque avec l'eau (on pourra s'aider d'un tableau d'avancement).

 

b) Comparer  xf1 et  l'avancement  maximal  x max1

 

c) En déduire le taux d'avancement final  t1 de cette réaction.

 

d) Le résultat est-il cohérent avec celui de la question Q2 b) ? Justifier.

 

Réaction de l'ammoniac avec l'eau

 

Soit  une  solution  préparée  par  dissolution  dans  l'eau  d'ammoniac  gazeux.  On  obtient  une  solution aqueuse S2 de volume V 2 = 10,0 mL, de concentration apportée en ammoniac

C2 = 1,00 x 10 –2 mol.L -1 .La mesure du pH de la solution S2 donne 10,6.

Q4

a) Écrire l'équation de la réaction de l'ammoniac avec l'eau. On note (2) cette équation.

 

b)Tracer le diagramme de prédominance du couple ion ammonium / ammoniac. En déduire l'espèce prédominante dans S2.

 

c) Déterminer  le  taux  d'avancement  final  t2 de  cette  réaction  (on  pourra  s'aider  d'un  tableau d'avancement).

 

Evolution d'un mélange d'acide éthanoïque et d'ammoniac dans l'eau.

On  réalise  une  solution  S  de  volume V  =  20  mL  en  introduisant  dans  l'eau  2,00.10-4  mol  d'acide éthanoïque et  1,00.10-4 mol d'ammoniac. On modélise  la transformation  qui  a lieu  par  la  réaction suivante :

 

CH3COOHaq + NH3 aq =CH3COO-aq +NH4+aq (3)

Q5

a) Calculer  le quotient de réaction du système dans l'état initial  noté Qri.

 

b) Comparer  Qri  au quotient de réaction dans l'état d'équilibre Qreq. Que peut-on en déduire ?

 

c) Exprimer  Qreq en  fonction  de l'avancement maximal  xf3   de  la  réaction  (on  pourra  s'aider  d'un

tableau d’avancement). En déduire la valeur de x f 3 . La comparer à la valeur de l'avancement maximal xmax3.

 

d) La transformation du système peut-elle être considérée comme totale ? A l'aide du bilan de matière dans l'état final, citer, pour chacun des couples CH3CO2H / CH3CO2- et NH4+ /NH3, les espèces  prédominantes dans la solution S. Expliquer pourquoi la valeur du pH de la solution S est égale à 4,7.