Chimie – exercices sur l'évolution d'un système chimique - correction, Exercices de Chimie Organique
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Melissa_s24 April 2014

Chimie – exercices sur l'évolution d'un système chimique - correction, Exercices de Chimie Organique

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Chimie – exercices sur l'évolution d'un système chimique - correction. Les principaux thèmes abordés sont les suivants: Étude de solutions aqueuses d'acide méthanoïque et d'acide benzoïque de même concentration, Évolutio...
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Exo1 évolution d'un système chimique 4 pts Correction

2006 Asie EXERCICE I : ÉVOLUTION D'UN SYSTÈME CHIMIQUE (4 points)

CORRECTION

1. Étude de solutions aqueuses d'acide méthanoïque et d'acide benzoïque de même concentration.

1.1. La réaction de l'acide méthanoïque avec l'eau.

1.1.1.& 1.1.2.

équation chimique HCOOH(aq) + H2O(l) = HCOO–(aq) + H3O+

État du

système

Avancement

(mol) Quantités de matière (mol)

État initial 0 c.V beaucoup 0 0

En cours de

transformation x c.V – x beaucoup x x

État final

d'équilibrexéq c.V – xéq beaucoup xéq xéq

État final si

totale xmax c.V – xmax beaucoup xmax xmax

Avancement final :

xéq = n(H3O+)éq = [H3O+]éq.V = 10–pH.V

xéq = 10–2,91010–3

xéq = 1,310–5 mol

Avancement maximal : HCOOH est le réactif limitant, il serait totalement consommé c.V – xmax = 0,

xmax = c.V

xmax = 1,010–21010–3

xmax = 1,010–4 mol

Taux d'avancement final :

 = -pH

éq

max

x 10 .V

x c.V  =

pH10

c

 = 2,9

2

10

1,0 10

 = 10–0,9 = 0,13 = 13 %

1.1.3.  << 100%, la transformation chimique mettant en jeu la réaction de l'acide méthanoïque et l'eau

n'est pas totale, elle est limitée.

1.2. On a établi  = pH10

c

, c étant la même pour les deux solutions, plus le pH est petit, plus  est élevé.

pH1 < pH2, la réaction de l'eau avec l'acide méthanoïque est plus avancée que celle avec l'acide benzoïque.

2. Évolution d'un système chimique

2.1. HCOOH (aq) + C6H5COO – (aq) = HCOO –(aq) + C6H5COOH(aq)

constante d'équilibre K =  

  6 5

6 5

( ) . ( )

( ) . ( )

éqéq

éqéq

C H COOH aq HCOO aq

C H COO aq HCOOH aq

  

  

écrivons l'équation de la réaction de l'acide benzoïque avec l'eau :

C6H5COOH(aq) + H2O(l) = C6H5COO–(aq) + H3O+ KA2 = 6 5 3

6 5

( ) .

( )

éq éq

éq

C H COO aq H O

C H COOH aq

       

  

Reprenons l'équation de la réaction de l'acide méthanoïque avec l'eau :

HCOOH(aq) + H2O(l) = HCOO–(aq) + H3O+ KA1 =  

  3

( ) .

( )

éq éq

éq

HCOO aq H O

HCOOH aq

   

Multiplions l'expression de K par [H3O+] / [H3O+]

K =

Donc K = 1

2

K

K

A

A

= = 10(pKa2–pKa1)

K = 104,2–3,8 = 100,4 = 2,5

2.2.1. Supposons que la réaction modélisant la transformation est celle vue précédemment :

HCOOH (aq) + C6H5COO – (aq) = HCOO –(aq) + C6H5COOH(aq)

Qr,i=  

  6 5

6 5

( ) . ( )

( ) . ( )

ii

ii

C H COOH aq HCOO aq

C H COO aq HCOOH aq

  

  

Qr,i=

c'.V c'.V .

4V 4V c.V c.V

. 4V 4V

= ' ²

²

c

c

Qr,i = 3

2

(5,0 10 )²

(1,0 10 )²

 = 0,25

D'après le critère d'évolution spontanée, Qr,i < K le système chimique évolue dans le sens direct.

2.2.2. Le système atteint l'équilibre si Qr = K. Pour obtenir l'équilibre dès la mise en contact des espèces

chimiques, il faudrait Qr,i = K.

Soit ' ²

²

c

c = K

c'² = K.c²

c' = K.c² = c. K

c' = 1,010–2  2,5

c' = 1,610–2 mol.L–1

 

  6 5 3

6 5 3

( ) . ( ) .

( ) . . ( )

éqéq

éqéq

C H COOH aq HCOO aq H O

C H COO aq H O HCOOH aq

 

 

      

      

KA1

1/KA2

1

2

10

10

A

A

pK

pK

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