CHIMIE

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					         CHIMIE                            ETAT D'EQUILIBRE D'UN
         Leçon 5                                 SYSTEME

1 Rappels sur les concentrations molaires
Une concentrations molaire apportée se note c.
Une concentrations pour une espèce chimique dissoute X quelconque, on note

La formule est c = n/V ou [X] = n/V.

Exemple 1 :
On dissout 0,2 mol de diiode dans 1L d’eau. Le diiode est une espèce moléculaire qui reste identique dans l’eau.

On écrit c = 0,2 mol/L ou encore [I2] = 0,2 mol/L

Exemple 2 :
On dissout 2 mol de chlorure de sodium dans 0,5 L d’eau. Le chlorure de sodium est un solide ionique qui se
détruit dès qu’il se trouve dans l’eau en Na+ et Cl-.

On calcule cNaCl = 4 mol.L-1 .
L’équation de dissolution s’écrit NaCl

On peut donc écrire [Na+] = c= 4mol/L et [CL-] =.....

Exemple 3:
On a une solution de sulfate de sodium de concentration molaire c = 0,10 mol.L-1 .
L’équation de dissolution étant :

On a [Na+] = 2c et .............


2 Le quotient de réaction Qr
Pour un état donné d'un système chimique, le quotient de réaction Qr associé à la réaction :


est défini par : Qr =

- On ne fait figurer dans l'expression de Qr que les concentrations des espèces dissoutes. C'est-à-dire que si on
voit un solide on place 1 dans la formule.
- On ne fait pas figurer l'eau dans l'expression lorsqu’il est le solvant. On remplace par 1.
- Le sens d'écriture de l'équation est important.
- Qr s'exprime sans unité

Exemple 1 :
Soit la réaction de l'acide éthanoïque avec l'ammoniac en solution aqueuse, la réaction a pour équation :


Le quotient de réaction s'écrit :



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Exemple 2 :
Soit la réaction de l'acide éthanoïque avec l'eau, la réaction a pour équation :


Le quotient de réaction s'écrit :

Exemple 3 :
Soit la réaction de l’éthanoate de sodium avec l’acide chlorhydrique, la réaction a pour équation :


Exemple 4 :
La dissolution du sulfate de calcium CaSO4 a pour équation :


Le quotient de réaction s'écrit :

Exemple 5 :
La réaction des ions cuivre (II) avec les ions hydroxyde.

L'équation est :

Le quotient de réaction s'écrit :

Qr se calcule à n’importe quel moment. C'est-à-dire au tout début de la réaction, à la fin (état final) ou entre les
deux.
Souvent dans les énoncés il est demandé de calculer Qr,i. Juste au début de la réaction.

Exemple 6 :

On considère les couples acides/bases suivants : HF/F- et H2PO4 - / HPO4 2-

Ecrire l’équation de la réaction de l’ion HPO4 2- avec HF.

Exprimer le quotient de réaction Qr.

Sachant que dans l’état initial , [HF]i = HPO4 2- i = 1,0 10-3 et les deux autres égales à 1,0 10-2
Calculer Qr,i

Exemple 7 :

On fait réagir de l’acide ascorbique C6H8O6 avec des ions éthanoate.
Ecrire l’équation de la réaction.
Dans l’état initial, le système de volume V = 50,0 mL contient 10 mmol de chacune des espèces figurant dans
l’équation.
Le système évolue dans le sens de la formation d’ions ascorbate.
Calculer le quotient de réaction lorsque l’avancement vaut 1,0 mmol puis 2,0 mmol. Conclure.

On note Qr éq ou Qr,f ou encore K la valeur que prend le quotient de la réaction lorsque l'état d'équilibre du
système chimique est atteint.


3 Détermination de Qr éq par conductimétrie
   3.1 Rappels de conductimétrie


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En chimie, on utilise l'inverse de la résistance que l'on appelle la conductance notée G.

On a donc G = …….=………..                     Avec G en siemens (S)

G est proportionnel à σ (sigma minuscule) qui porte le nom de conductivité.

              .....            avec G en S ; l en m, S en m2; σ en ............
            
  G  .......
              ......
Pour une cellule donnée, G est proportionnel à σ ;
σ dépend de la solution et de sa concentration

Comme le passage du courant dans une solution électrolytique est dû à un double déplacement………..…... en
sens inverse, la conductivité σ d'une solution est la somme des conductivités due aux .............. et aux ……............

σ = σ+ + σ-

On a alors σ+ = λM+ [M+ (aq)]                        et σ- =…………….

Les constantes λ portent le nom de conductivité molaire ionique.

Exceptionnellement, les concentrations seront exprimées en mol.m-3 ce qui fait que l'unité des λ est : ………

Exemple 1 :
Exprimons la conductivité d’une solution aqueuse où l’on a dissous du chlorure de potassium et du chlorure de
sodium.


La conductance s’écrit :


Exemple 2 :
On a une solution de nitrate de sodium de concentration c = 0,50 mol/L .
Ecrire l’équation de dissolution et en déduire les concentrations des espèces ioniques en solution.
Exprimer la conductivité en fonction de c et des concentrations molaires ioniques.
Calculer la conductivité sachant que No3 = 7,1 10-3 S m2 mol-1 et Na+ = 5,0 10-3

    3.2 Détermination expérimentale de Qr éq
On mesure directement la conductivité d'une solution d'acide éthanoïque de concentration c= 1,0 10-3 mol.L-1 , on
trouve σ = 5,2 .10-3 S m-1.

La réaction de l'acide éthanoïque avec l'eau a pour équation :


Cette réaction peut se produire dans les deux sens et elle conduit à un état d'équilibre. Dans cet état d'équilibre,
les concentrations des différentes espèces chimiques ne varient plus, elles prennent des valeurs déterminées :


On cherche la valeur de Qr éq définie par ..................................

La conductivité σ de la solution est σ =




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4 Constante d'équilibre associée à l'équation d'une réaction

     4.1 Définition de la constante d'équilibre

La constante d'équilibre associée à l'équation d'une réaction est la valeur que prend le quotient de réaction dans
l'état d'équilibre du système. On la désigne par K : K = Qr éq

- La constante d'équilibre dépend de la réaction, le sens de son équation est important.
- La constante d'équilibre ne dépend que de la température
- La constante d'équilibre de dépend que de la composition initiale du système

     4.2 Taux d'avancement final dans l'état d'équilibre

    On considère à nouveau le cas d'une solution d'acide éthanoïque et on effectue des mesures dans
      différentes conditions.
A chaque fois on calcule le taux d'avancement final défini par

τ = .................=..............

En divisant le numérateur et le dénominateur par le volume V de la solution, on trouve :

τ = ...................=..............




Plus une solution d'acide éthanoïque est ..............................., plus le taux d'avancement final est grand.

      On peut étudier également l'influence de la constante d'équilibre sur le taux d'avancement.




Plus la constante d'équilibre K est ........................, plus le taux d'avancement final est grand.

Remarque : Pour une constante K > ........., on obtient τ > 99 %, on considère alors que la transformation est
................................................................

      Le taux d'avancement à l'équilibre dépend de la valeur de la constante d'équilibre K et de la concentration
       initiale c.




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