Chimie - exercitation sur l'étude d’une transformation chimique, Exercices de Chimie Appliquée
Renee88
Renee8824 April 2014

Chimie - exercitation sur l'étude d’une transformation chimique, Exercices de Chimie Appliquée

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Chimie appliquée - exercitation sur l'étude d’une transformation chimique. Les principaux thèmes abordés sont les suivants: Solution de départ, Accès à la valeur du taux d’avancement final par une mesure pH-métrique, Acc...
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Exercice III: étude d'une transformation chimique (4 points)

BAC S Centres étrangers 2010 EXERCICE III. ÉTUDE D’UNE TRANSFORMATION CHIMIQUE (4 points)

Au cours d’une séance de travaux pratiques, un professeur propose à ses élèves de déterminer la valeur du taux d’avancement final d’une transformation en effectuant une mesure pH-métrique et une mesure conductimétrique. 1. Solution de départ Une solution commerciale, notée S0, d’un acide AH porte les indications suivantes : Acide AH

c0 = 17,5 mol.L1 R36/R38 : Irritant pour la peau et les yeux R37 : Irritant pour les voies respiratoires Pour la suite, et tant qu’il n’aura pas été identifié, l’acide contenu dans la bouteille sera noté AH et sa base conjuguée A. 1.1. Donner la définition d’une espèce acide au sens de Brönsted.

1.2. Quelles précautions doit-on prendre pour manipuler ce produit ?

2. Accès à la valeur du taux d’avancement final par une mesure pH-métrique Dans une fiole jaugée de volume V = 500,0 mL, partiellement remplie d’eau distillée, le professeur verse avec précautions 1,00 mL de la solution S0 d’acide AH, puis il complète jusqu’au trait de jauge. La solution obtenue est notée S1. 2.1. Déterminer la valeur de c1, concentration molaire en soluté apporté de la solution S1.

2.2. Compléter la ligne 1 du tableau d’avancement donné en annexe (à rendre avec la copie) en

écrivant l’équation de la réaction acido-basique entre l’acide AH et l’eau.

2.3. On note x l’avancement de la réaction. Compléter les lignes 2, 3, 4 et 5 du tableau d’avancement donné en annexe (à rendre avec la copie) en fonction de c1, V, x, xmax ou xf.

2.4. Déterminer la valeur de l’avancement maximal de la réaction noté xmax en considérant la

transformation comme totale.

Les élèves, après avoir étalonné un pH-mètre, mesurent le pH de la solution S1 : ils obtiennent pH = 3,1.

2.5. Quelle est la valeur de la concentration finale en ions oxonium 3 1,f

H O   

? En déduire la

valeur de l’avancement final de la réaction noté x1f.

2.6. La transformation associée à la réaction de l’acide AH sur l’eau est-elle totale ou limitée ? Justifier.

2.7. Donner la définition du taux d’avancement final d’une transformation chimique.

2.8. Calculer la valeur du taux d’avancement final 1, de la transformation associée à la réaction de l’acide AH sur l’eau.

Sur leur énoncé de TP, les élèves ont à leur disposition quelques valeurs du taux d’avancement final de la réaction d’un acide sur l’eau pour des solutions de même concentration c1.

Acide contenu dans la solution Valeur du taux d’avancement final

Acide méthanoïque HCOOH 0,072

Acide éthanoïque CH3COOH 0,023

Acide propanoïque CH3CH2COOH 0,018

2.9. Identifier l’acide contenu dans la solution S0. 3. Accès à la valeur du taux d’avancement final par une mesure conductimétrique Dans la seconde partie de la séance, le professeur donne une solution aqueuse S2 de l’acide

précédent à la concentration c2 = 5,0 × 103 mol.L1. Les élèves procèdent à une mesure conductimétrique sur un volume V2 de cette solution : ils

trouvent une conductivité de valeur σ2 = 1,07 × 102 S.m1. La réaction support de cette étude est toujours la réaction de l’acide AH sur l’eau écrite à la question 2.2.

On rappelle que la conductivité σ d’une solution s’exprime selon la loi :  i i i

X  

où  iX représente la concentration molaire d’une espèce ionique exprimée en mol.m3 et i la

conductivité molaire ionique de cette espèce exprimée en S.m².mol1. On donne les valeurs des conductivités molaires ioniques des ions suivants :

A  = 4,1 × 103 S.m².mol1

H O3

 = 35 × 10 3 S.m².mol1

3.1. Donner l’expression de la conductivité σ2 en fonction des concentrations molaires ioniques

3 2,f

H O   

et 2,f

A   

. On négligera la contribution des ions hydroxyde HO   

.

3.2. En déduire l’expression de σ2 en fonction de la concentration finale en ions oxonium

3 2,f

H O   

dans la solution S2 et des conductivités molaires ioniques A  et

H O3  .

3.3. Calculer la valeur de la concentration finale exprimée en mol.L1 en ions oxonium 3 2,f

H O   

dans la solution S2.

On admet que le taux d’avancement final 2 de la transformation étudiée est donné par l’expression

suivante : 2 = ,

3 2 f

2

H O

c

   .

3.4. Calculer la valeur du taux d’avancement final 2 pour la transformation chimique entre l’acide AH et l’eau à la concentration c2.

3.5. La valeur de 2 est-elle égale ou différente de celle de 1, calculée à la question 2.8. ? Ce résultat était-il prévisible ? Expliquer.

ANNEXE (À RENDRE AVEC LA COPIE)

Questions 2.2. et 2.3.

Ligne 1

équation de la réaction AH(aq) + H2O(l) = …..….. + …………

État du

système Avancement

(mol) Quantités de matière (en mol)

Ligne 2

État initial 0

Ligne 3

En cours de transformation

x

Ligne 4

État final xf

Ligne 5

État maximal xmax

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