Une transformation chimique est-elle toujours totale ?
Chapitre 1 : L’équilibre chimique. s. roques
Rappels: Réactions acido-basiques Mise en jeu d’un acide et d’une base. Dans certains cas, quelles précautions prendre lors de leur utilisation ?
Qu’est-ce qu’un acide ? Qu’est-ce qu’une base ?
Réactions acido-basiques Acide ou Base ?? : Selon Brønsted (1923), • un acide est une espèce chimique susceptible de libérer un proton H+. • une base est une espèce chimique susceptible de capter un proton H+. BRÖNSTED Danois (1879-1947)
Réactions acido-basiques Couples acido-basiques : • L’acide AH et la base A- (ou l’acide BH+ et la base B) forment un couple acide/base noté AH/A- ( BH+/B) . • AH et A- (ou BH+/B) sont conjugués. • On associe au couple acido-basique une demi-équation acido-basique :
Acide = base + H+
BRÖNSTED Danois (1879-1947)
Réactions acido-basiques Couples (acido-basiques) célèbres : Écrire les demi-équations des couples Suivants :
CH3COOH(aq) / CH3COO(−aq) − + CH3COOH(aq) = CH3COO(aq) + H + H3O(aq) / H2O(l )
+ + H3O(aq) = H + H2O(l )
Réactions acido-basiques MAIS ENCORE :
+ NH4(aq) / NH3(aq)
+ + NH4 = NH3 + H − H2O(l ) / HO(aq)
−
H2O = HO + H
+
Réactions acido-basiques Quel est le rôle joué par l’eau dans les couples suivants ?
+ H3O(aq) / H2O(l )
L’eau est un c’est une
− H2O(l ) / HO(aq)
ampholyte :
espèce amphotère.
Réactions acido-basiques La réaction acido-basique et son équation :
• Elle fait intervenir l’acide d’un couple (acide1/base1) et la base d’un autre couple (acide2/base2) . • Elle est caractérisée par un transfert de proton(s) : Acide1+Base2 = Base1 + Acide2
Réactions acido-basiques La réaction acido-basique et son équation : Quelles sont les équations des réactions acido-basiques suivantes ? Action de l’acide éthanoïque sur l’eau
CH3COOH(aq) + H2O(l ) → CH3COO(−aq) + H3O(+aq) Action de l’ammoniac sur l’eau
+ − NH3(aq) + H2O(l ) → NH4( + HO (aq) aq)
Réactions acido-basiques Remarque importante : Toute solution aqueuse contient des ions oxonium H3O+.
Par quelle grandeur mesurable peuton caractériser les propriétés acidobasiques d’une ESPÈCE chimique EN SOLUTION ?
pH
1.Le pH et sa mesure pH ? C’est quoi ? Ça sert à quoi ?
potentiel
pH
Ion oxonium H3O+ Hydrogène
Le pH permet de comparer les valeurs des concentrations des ions oxonium H3O+ dans diverses solutions.
1.Le pH et sa mesure Définition : Pour les solutions diluées, [H3O+] ≤ 0,10 mol.L-1, on a :
pH = - log10 [H3O+]
1.Le pH et sa mesure Définition : On a pH = - log[H3O+] soit log[H3O+] = - pH Donc, on a également la relation suivante : [H3O+] = 10-pH
Voir Fiche outils
1.Le pH et sa mesure Définition : Applications numériques : 3,0 [H3O+] = 1,0.10-3 mol.L-1 donc pH = __________ 2,8 [H3O+] = 1,5.10-3 mol.L-1 donc pH = __________ 4,0.10-4 mol.L-1 pH = 3,4 donc [H3O+] = _______________
1.Le pH et sa mesure Mesure du pH :
Solution d’acide éthanoïque
pH<7 : acide
Papier pH
Solution d’ammoniac
pH>7 : basique
1.Le pH et sa mesure Mesure du pH :
Indicateur coloré
1.Le pH et sa mesure Mesure du pH :
Indicateur coloré
1.Le pH et sa mesure Mesure du pH :
pH-mètre
1.Le pH et sa mesure Mesure du pH :
pH-mètre
Précision des mesures de pH :
Doc. Sup.
En manipulant avec beaucoup de soin, il est possible de mesurer le pH d’une solution avec une incertitude de 0,05 unité. On considère une solution aqueuse, pour laquelle le pH-mètre indique : 5,30. Le pH étant connu à 0,05 unité près, on a : 5,25 ≤pH≤5,35
1.Le pH et sa mesure Mesure du pH :
pH-mètre
Précision des mesures de pH : Une incertitude de 0,05 unité de pH sur la mesure du pH entraîne une incertitude relative de l’ordre de 10%. Toute concentration déduite d’une mesure de pH comportera dans la pratique deux chiffres significatifs.
2.État d’équilibre d’un système chimique. Avancement final et maximal : V = 20,0 mL d’une solution d’acide éthanoïque de concentration molaire c = 1,0.10-1 mol.L-1
Rappeler l’équation de la réaction de l’acide éthanoïque avec l’eau
A l’aide d’un tableau l’avancement maximal xmax.
d’avancement,
déterminer
2.État d’équilibre d’un système chimique Avancement final et maximal : V = 20,0 mL d’une solution d’acide éthanoïque de concentration molaire c = 1,0.10-1 mol.L-1
MESURE DU pH de la solution En déduire la concentration molaire des ions oxonium [H3O+]expé. Quelle est la valeur de l’avancement final xf ? La comparer à xmax. La transformation chimique est-elle totale ?
2.État d’équilibre d’un système chimique Avancement final et maximal : Question : Est-ce que les transformations sont toujours totales ? Il existe des transformations non totales. Dans un tel cas, le réactif limitant n’a pas totalement disparu : on parle de transformation limitée : xf < xmax.
2.État d’équilibre d’un système chimique Etat d’équilibre :
Lorsque les concentrations molaires des réactifs et des produits n’évoluent plus, à T et p données, on dit que le système chimique est à l’équilibre : cet état correspond à l’état final de la transformation.
Etat d’équilibre système chimique
d’un
Etat d’équilibre : xf peut être égal à : • xmax avancement maximal obtenu quand la transformation est totale (ce qui correspond à la disparition du réactif limitant). Ou à : • xeq avancement correspondant à l’état d’équilibre obtenu Si xf = xmax : transformation totale. Si xf < xmax : transformation limitée : le réactif limitant est donc encore présent alors que le système chimique n’évolue plus.
2.État d’équilibre d’un système chimique Taux d’avancement final ou d’équilibre :
τ=
xf
xmax
τ sans unité (souvent exprimé en %) Si τ < 1 : transformation limitée. Si τ =1 : transformation totale.
⊗ τ indique quelle fraction du réactif limitant a effectivement réagi
2.État d’équilibre d’un système chimique Taux d’avancement final ou d’équilibre : Application : Calculez le taux d’avancement final dans le cas de la transformation étudiée lors de l’expérience étudiée (acide éthanoïque dans l’eau)
Transformation limitée = transformation réversible ⊗ Mise en évidence expérimentale Solution d’acide éthanoïque c = 1,0.10-2 mol.L-1
pH-mètre
3,40
Prédire le sens de la variation du pH Ajout d’acide éthanoïque pH
Ajout d’éthanoate de sodium CH3COONa(s) pH
Transformation limitée = transformation réversible ⊗ Mise en évidence expérimentale Solution d’acide éthanoïque c = 1,0.10-2 mol.L-1 Ajout d’éthanoate de sodium pH Donc [H3O+]
Ajout d’acide éthanoïque pH Donc [H3O+] Evolution dans le sens
Evolution dans le sens
CH3COOH(aq) + H2O(l ) = CH3COO(−aq) + H3O(+aq)
Transformation limitée = transformation réversible
Lorsqu’une transformation chimique n’est pas totale, la réaction associée peut avoir lieu dans les deux sens.
CH3COOH(aq) + H2O(l ) = CH3COO(−aq) + H3O(+aq)
Interprétation d’un équilibre chimique Est-ce que tout est figé à l’équilibre ?
NON
L’équilibre chimique est un concept « dynamique ». Il résulte de deux réactions inverses se produisant simultanément et à la même vitesse. L’équilibre chimique ne traduit pas l’absence de réactions chimiques !!
