Transformations chimiques s’effectuent dans les deux sens
I) Transformations acido-basique dans une solution aqueuse (rappel)
1) La solution aqueuse:
La solution aqueuse est un mélange homogène obtenue par la dissolution d’une espèce chimique (appelée soluté ) dans
l'eau (appelée solvant ).
Le soluté peut être un solide ou un liquide ou un gaz.
Remarque:
Dans une solution aqueuse les molécules d’eau se trouve en excès, et on peut remplacer le proton H+(aq) par les ions d’Oxonium H3O+(aq) .
2) l’acide et la base selon Bronsted:
Un acide selon Bronsted, est toute espèce chimique ( moléculaire ou ionique ) capable de libérer le proton H+(aq) au cours
d’une transformation chimique.
Une base selon Bronsted, est toute espèce chimique ( moléculaire ou ionique ) capable d’acquérir le proton H+(aq) au cours
d’une transformation chimique.
Remarque:
Un ampholyte est une espèce chimique qui joue le rôle d'acide dans un couple et de base dans un autre couple selon les conditions expérimentales. Les solutions correspondantes sont dites "amphotères".
3) Le couple acide/base:
Chaque acide HA a sa base conjuguée A-, et chaque base A- a son acide conjugué.
L’acide et la base forme se qu’on appel le couple acide/base on le note par AH/A- . Le couple peut être défini par la demi
équation acido-basique:
- Si l’acide HA est le réactif, la demi équation s’écrit sous la forme: AH A- + H+
- Si la base A- est le réactif, la demi équation s’écrit sous la forme: A- + H+ HA
Activité: à partir des éléments chimiques suivant déterminer les couples acide/base, puis écrire la demi équation
acido-basique de chaque couple.
Réponse:
3) Le couple acide/base:
4) Les réactions acido-basique:
La réaction acido-basique est un échange de proton H+ entre l’acide d’un couple et la base d’un autre couple.
On considère les deux couples: HA1/A1- et HA2/A2- .
lors de la réaction entre l’acide AH1 et la base A2- on obtient l’équation bilan en suivant les étapes suivantes:
- l’acide AH1 est le réactif, alors la demi équation s’écrit:
-la base A2- est le réactif, alors la demi équation s’écrit:
- l’équation bilan de la réaction est:
Le couple
La demi équation acido-basique
La demi équation acido-basique
Le couple
Activité 2: Déterminer les deux couples intervenant dans la réaction, puis écrire l’équation bilan d’acido-basique dans les
cas suivantes:
a- la réaction entre l’acide benzoïque C6H5COOH avec l’eau H2O.
b- la réaction entre l’ammoniaque NH3 et l’acide méthanoïque HCOOH.
c- la réaction entre l’acide sil silique C7H6O3 et l’ion Hydroxyde HO- .
Les deux couples acide/base
L’équation bilan de la réaction acido-basique
II) Le pH d’une solution aqueuse:
1) Définition de pH d’une solution aqueuse:
Pour une solution aqueuse diluée ( [H3O+] ≤ 5.10-2 mol.L-1 ), on exprime le pH de cette solution par la relation:
pH = -log [H3O+]
[H3O+] représente un nombre égale la concentration d’oxonium H3O+ exprimé en mol.L-1.
Remarque:
suivante: [H3O+] = 10-pH mol.L-1
Activité 3 :
A- Calculer la valeur de pH des solutions suivantes:
[H3O+]1 = 1,2.10-3 mol.L-1 , [H3O+]2 = 1,00.10-5 mmol.L-1 , [H3O+]3 = 0,080 mol.L-1 .
B- Calculer la concentration des H3O+ dans les solutions suivantes: pH1 = 5,02 , pH = 8,3
Réponse:
A- On utilise la relation pH = -log[ H3O+ ] avec transformation de l’unité en mol.L-1 en respectant le nombre de chiffre
expressif, on trouve:
B-
2) Mesure du pH d’une solution aqueuse:
Le pH d’une solution aqueuse est très utile car il permet de déterminer
la concentration en ions oxonium [H3O+], ainsi que l'état final d'une
réaction chimique.
On peut simplement avoir une indication de la valeur du pH en utilisant
un papier pH qui prend une couleur plus ou moins rougeâtre selon l’acidité
de la solution. Pour être plus précis, on utilise un pH-mètre. Celui-ci est
un millivoltmètre relié à deux électrodes (ou une combinée) : une électrode
de verre et une électrode de référence. Le millivoltmètre mesure la
différence de potentiel entre les deux électrodes. Il nous donne
une précision au dixième de degré pH près.
II) Transformations chimiques totale et transformations chimiques limité:
1) Transformation chimique totale-activité1:
Lors de la dissolution de n = 3,8.10-3 mol du gaz chlorure d’hydrogène HCl(g) dans un volume V=100 mL de l’eau distillé, on obtient la solution d’acide chlorhydrique de concentration C = 3,8.10-2 mol.L-1. a l’aide d’un pH-mètre on a trouvé la valeur pH= 1,42 .
1) Ecrire l’équation bilan de la réaction.
2) Dresser le tableau d’avancement on utilisant les symboles C et V et l’avancement de réaction x et l’avancement final xf
et l’avancement maximal xmax .
3) Calculer l’avancement maximal xmax .
4) En utilisant la relation [ H3O+] = 10-pH , calculer la concentration finale [ H3O+]f et déduire l’avancement final xf .
5) Déduire le bilan de matière à l’état finale.
6) Comparer xf avec xmax . Quand est ce que la transformation est totale ?
Réponse:
1) L’équation bilan: HCl(g) + H2O(l) Cl-(aq) + H3O+(aq)
2) Le tableau d’avancement:
3) Calcule de l’avancement maximal xmax . ( L’état de disparition totale de HCl ):
puisque l’eau se trouve en excès alors le réactif limitant est le chlorure d’hydrogène soluté, c-à-d l’évolution de la
transformation chimique s’arrête lorsque le chlorure d’hydrogène se désintègre totalement dans l’eau, alors:
C.V - xmax = 0 ==> xmax = C.V = 3,8.10-2 × 100.10-3 = 3,8.10-3 mol
4) [ H3O+]f = 10-pH = 10-1,42 = 3,8.10-2 mol.L-1
Et d’après le tableau d’avancement xf = nf (H3O+) d’où xf = [ H3O+]f .V = 10-pH .V = 10-1,42 .100.10-3 = 3,8.10-3 mol .
5) Le bilan de matière à l’état finale: nf (H3O+) = nf (Cl-) = xf = 3,8.10-3 mol et nf (HCl) = C.V - xf = 0 .
6) On remarque que xf = xmax .
la transformation soit totale si l’avancement final est égale l’avancement totale.
Résumé: la transformation totale est caractérisé par la disparition totale de l’un des réactifs du système chimique, dans ce cas l’avancement maximal xmax soit égale l’avancement final xf . xf = xmax
La quantité de matière en mol
L’équation chimique
L’état du système
L’état initiale
L’état intermédiaire
L’état de disparition totale de l’acide
L’état finale expérimentale
L’avancement
En excès
En excès
En excès
En excès
1) Transformation chimique limité-activité2:
La quantité de matière en mol
L’équation chimique
L’état du système
L’état initiale
L’état intermédiaire
L’état de disparition totale de l’acide
L’état finale expérimentale
L’avancement
En excès
En excès
En excès
En excès
3) Le taux d’avancement final τ
4) Le sens d’évolution d’un système chimique:
Activité expérimentale:
Interprétation:
CH3COOH(aq) + H2O(l) CH3COO-(aq) + H3O+(aq) (1)
CH3COO-(aq) + H3O+(aq) CH3COOH(aq) + H2O(l) (2)
CH3COOH(aq) + H2O(l) CH3COO-(aq) + H3O+(aq)
𝜶 𝑨 + 𝜷 𝑩 ⇋ 𝜸 𝑪 + 𝜹 𝑫
Solution acide éthanoïque de concentration:
Après l’ajout de quelques gouttes d’éthanoate de sodium non aqueuse
Après l’ajout d’une gouttelette d’acide éthanoïque pur
directe
inverse
5) Interprétation microscopique de l’état d’équilibre:
On considère la réaction suivante:
CH3COOH(aq) + H2O(l) CH3COO-(aq) + H3O+(aq)
À l’équilibre la concentration des produits et des réactifs reste constante, et au niveau microscopique la réaction s’effectue dans les deux sens (1) et (2) avec la même vitesse.
C-à-d : ʋ1= ʋ2 , on dit que l’équilibre chimique est dynamique.
directe
inverse
Exercice d’application