Fiche pédagogique enseignant Une réaction est-elle … · terminale S 2002 Activité « Une...

Fiche pédagogique réalisée

dans le cadre du projet Inforoutes

TICE et enseignement bilingue francophone en Roumanie, Bulgarie et Moldavie

avec le soutien de l'Organisation Internationale de la Francophonie

www.vizavi-edu.ro Partenaires :

Fiche pédagogique enseignant

CHIMIE

Jean-Paul Bel, Institut universitaire de formation des maîtres, Université Montpellier II.

MINISTERUL EDUCAŢIEI, CERCETĂRII, TINERETULUI

ŞI SPORTULUI

Une réaction est-elle

toujours totale ?

Pays Roumanie

Cadre Lycées à section bilingue francophone

Niveaux Classes de XIIe

Discipline Chimie

Programme Curriculum spécifique aux sections bilingues http://www.vizavi-edu.ro/fr/ressources/baccalaureat/textes-officiels-

programmes/74.html

Thème du

programme La classification des réactions chimiques

Sujet Une réaction est-elle toujours totale ?

Approche

méthodologique

Mettre en place une démarche d’investigation (ou une démarche

expérimentale)

Pré-requis

Préparation d’une solution de concentration connue

L’étude quantitative de l’avancement d’une réaction avec un tableau

(voir l’activité 1 – première expérience)

Avancement xfinal comparé xmax et taux d’avancement : final

max

x

x

Les réactions d’oxydoréduction

Les réactions acido-basiques

Les mesures de pH et le calcul de l’ordre de grandeur de la

concentration en ions oxonium [H3O+]

La réaction acido-basiques de l’acide chlorhydrique sur une solution

d’hydroxyde de sodium est totale et son avancement xfinal = xmax.

OBJECTIFS

Disciplinaires

Montrer qu’une transformation à laquelle est associée une réaction acido-

basique peut ne pas être totale et qu’il existe une réaction en sens inverse.

Définir l’état d’équilibre chimique dynamique.

Savoir que, lorsque l’état d’équilibre du système est atteint, les quantités de

http://www.vizavi-edu.ro/fr/ressources/baccalaureat/textes-officiels-programmes/74.html

http://www.vizavi-edu.ro/fr/ressources/baccalaureat/textes-officiels-programmes/74.html







CHIMIE



ŞI SPORTULUI


toujours totale ?

matière n’évoluent plus, et que cet état d’équilibre est dynamique.

En disposant de l’équation d’une réaction, donner l’expression littérale du

de la constante d’équilibre K (et du quotient d’une réaction Qr) à une

température donnée.

Savoir que le quotient de réaction Qréq, dans l’état final prend une valeur,

indépendante de la composition initiale, qui est la constante d’équilibre K

associée à l’équation de la réaction.

Savoir que, pour une transformation donnée, le taux d’avancement final

dépend de la constante d’équilibre et de l’état initial du système.

Linguistiques

Maîtriser le lexique spécifique aux équilibres chimiques

Exprimer la condition et l’hypothèse

Maîtriser le raisonnement par implication

Identifier et utiliser les connecteurs logiques

Comparer

Comprendre une consigne/les étapes d’un protocole

Élaborer un protocole

Décrire l’évolution d’une valeur

Quantifier

DOCUMENTS

Document 1

Fiche professeur pour l’activité 1 :

2 démarches d’investigation successives :

« Mesure du pH d’une solution d’acide éthanoïque » et recherche d’une

explication à partir de l’avancement de la réaction pour répondre à la question :

l’avancement de la réaction d’un acide sur l’eau est-il toujours le même ?

« Y a-t-il réaction entre les ions éthanoate et les ions oxonium ? » pour répondre

à la question : Les produits d’une réaction sont-ils parfois capables de redonner les

réactifs ?

Tiré du CDRom du MEN Documents d’accompagnement des programmes de

terminale S 2002 Activité « Une transformation chimique n’est pas toujours totale -

introduction de la notion d’équilibre chimique » (doc.B1)

(2 premières parties seulement)

Document 2

Fiche professeur et fiche élève pour l’activité 2 : « Étude de trois mélanges »

TP n°10 « transfert d’électrons direct »

Partie C : « Le sens spontané d’évolution d’un système est-il prévisible ? - Le sens







CHIMIE



ŞI SPORTULUI


toujours totale ?

d’évolution d’un système chimique peut-il être inversé ? »

Tiré de http://www.physagreg.fr/terminale-word.php

OUTILS LINGUISTIQUES

Lexique utile

domaines de prédominance

état prévu

état effectif

l’ordre de grandeur

avancement d’une réaction

constante d’équilibre

coefficient de réaction

réaction totale – réaction limitée

coefficients stoechiométriques

le lexique de la variation (stabilité, diminution, augmentation)

Formes

syntaxiques /

discursives utiles

Expression de la quantité

Les comparatifs

Tournures impersonnelles

Les connecteurs de cause, de conséquence (pour démontrer)

Les valeurs du présent de l’indicatif

Le genre des adjectifs

Les pronoms relatifs

La condition et l’hypothèse :

- Si + indicatif

- Si + présent ou passé composé

- Si + présent dans la principale

- Quand

- Lorsque

- Dès que

La condition nécessaire : l’implication (« On dit qu’une force travaille si

son point d’application se déplace »)

- A implique B

- B dépend de A

- Si A alors B

- Pour que A il faut que B

On dit que… si…

http://www.physagreg.fr/terminale-word.php







CHIMIE



ŞI SPORTULUI


toujours totale ?

SÉQUENCE PEDAGOGIQUE

Durée de la séquence : 2h de TP-cours

Problèmes scientifiques :

L’avancement de la réaction d’un acide sur l’eau est-il toujours le même ?

Les produits d’une réaction sont-ils parfois capables de redonner les réactifs ?

La première séance est un TP-cours qui permet aux élèves d’expliquer les notions de réactions inverses à partir

des connaissances sur les réactions acido-basiques et de la mesure du pH, étudiés précédemment.

Comment prévoir l’évolution d’un mélange initial de réactifs ?

Comment peut-on modifier l’état final d’un mélange à l’équilibre ?

La seconde séance permet aux élèves de définir l’état d’équilibre chimique, de calculer la constante d’équilibre,

de prévoir l’évolution d’un mélange et l’influence de la température sur un équilibre.

Durée de la séquence et répartition des séances : 2h sur 2 séances.

Séance 1 :

Démarche Consigne

Activité 1 : expérimentale 2 démarches d’investigation successives

- 1ère

démarche d’investigation

Situation de départ : Première expérience mettant en jeu un mélange d’acide

éthanoïque et d’eau avec la mesure du pH de cette solution.

Problème : L’avancement de la réaction d’un acide sur l’eau est-il toujours le

même ?

Résolution par recherche d’une explication à partir de l’avancement de la réaction.

L’élève constate que l’état final est atteint alors que le réactif limitant, l’acide

éthanoïque, est encore présent. Concernant l’avancement, ceci se traduit par : xfinal <

xmax.

- 2e démarche d’investigation

Situation de départ Une deuxième expérience met en évidence l’existence d’une réaction en sens

inverse de la précédente : celle des ions éthanoate sur les ions oxonium.

Problème

Y a-t-il réaction entre les ions éthanoate et les ions oxonium ? ou encore : Les







CHIMIE



ŞI SPORTULUI


toujours totale ?

produits d’une réaction sont-ils parfois capables de redonner les réactifs ?

Résolution Émerge alors la notion d’équilibre chimique, équilibre dynamique.

Conclusion

- Il existe deux réactions inverses l’une de l’autre. Ces deux réactions sont

simultanées : en effet les molécules d’acide éthanoïque réagissent avec des

molécules d’eau et forment des ions éthanoate et des ions oxonium qui, à leur tour,

sont susceptibles de réagir. Il y a donc superposition des deux réactions

simultanées :

une réaction directe :

CH3CO2H(aq) + H2O -3 2CH CO (aq) + H3O

+ (1).

une réaction inverse : -

3 2CH CO (aq) + H3O+ CH3CO2H(aq) + H2O (2).

- Au moment du mélange, à t = 0, la vitesse de la réaction (1) v1 n’est pas nulle,

alors que la vitesse de la réaction (2) v2 est nulle (car les réactifs de la réaction (2)

ne sont pas encore présents).

Au fur et à mesure de l’évolution du système, v1 diminue car les réactifs de la

réaction (1) disparaissent et v2 augmente jusqu’à ce que v1 = v2. Les concentrations

des réactifs et des produits sont alors stationnaires car réactifs et produits se forment

et disparaissent à la même vitesse.

Cet état final est appelé état d’équilibre chimique ou équilibre chimique.

Il est caractérisé par la présence simultanée de tous les réactifs et produits dans

l’état final.

CH3CO2H(aq) + H2O = -3 2CH CO (aq) + H3O

+

On parle d’équilibre dynamique car il est toujours le siège des deux réactions

inverses l’une de l’autre et simultanées qui s’effectuent à des vitesses égales.

- Pour une transformation qui n’est pas totale, l’avancement xfinal < xmax ou encore le

taux d’avancement : final

max

x

x < 1

Modalités de

travail

Travail de groupe avec observation des expériences, émission d’hypothèses.

Mise en commun des résultats et test des hypothèses proposées.

Durée

1h







CHIMIE



ŞI SPORTULUI


toujours totale ?

Objectifs

Montrer qu’une transformation à laquelle est associée une réaction acido-

basique peut ne pas être totale et qu’il existe une réaction en sens inverse.

Définir l’état équilibre chimique dynamique.

Évaluation /

Correction Exercices d’application

Séance 2 :

Démarche et

consignes

Activité 2 : « Étude de trois mélanges »

L’étude expérimentale est à réaliser après la définition du coefficient de réaction

(partie A du cours).

Cours sur l’évolution d’un système chimique avec le calcul du quotient de

réaction

A - Quotient de réaction

1) Modélisation d’une transformation chimique

Une transformation chimique est généralement décrite comme suit :

Etat initial

Etat final

(état d’équilibre)

Mélange fictif

« avant » réaction

concentrations initiales

apportées

des espèces introduites

Mélange

« après » réaction

concentrations effectives

des espèces en solution

dont les valeurs sont

déterminées par mesure

(pH-métrie, …)

La réaction modélisant une transformation est décrite par une équation chimique

de la forme :

a A(aq) + b B(aq) = c C(aq) + d D(aq)

(*)

où a, b, c et d sont les coefficients stoechiométriques, nombres entiers les plus

petits possibles.

L’écriture de la réaction ci-dessus ne préjuge en rien le sens d’évolution du

système, dans le sens où si on mélange initialement A, B, C et D, on ne sait si le

système va évoluer de la gauche vers la droite (appelé sens direct) ou bien de la

droite vers la gauche (appelé sens inverse).







CHIMIE



ŞI SPORTULUI


toujours totale ?

2) Expression du quotient de réaction

En prenant pour exemple la réaction (*) ci-dessus, le quotient de réaction s’écrit :

Qr = ba

dc

BA

DC

[X] représente la valeur numérique de la concentration en X exprimée en mol/L,

le solvant n’étant pas pris en compte, ni les solides intervenant dans la réaction.

3) Calculs de Qr dans l’état initial et l’état final

a. État initial

Nous aurons besoin de calculer la valeur de Qr dans l’état initial noté Qr,i. Ainsi

les concentrations considérées sont celles en espèces dissoutes initialement

apportées notées [X]i :

Qr,i = b

i

a

i

d

i

c

i

BA

DC

Attention, il faudra tenir compte du volume total V de la solution.

Ex : L’espèce A représente les ions hydroxyde. Ceux-ci sont apportés par v = 20 mL

d’une solution d’hydroxyde de sodium à 0.10 mol/L. Le volume total de la solution

est V = 100 mL.

On a, d’après la concentration de la solution d’hydroxyde de sodium, [Na+

(aq)] =

[OH-(aq)] = 0.1 mol/L

D’où : n(OH-(aq)) i = [OH

-(aq)]×v = 0.10×20*10

-3 = 2.0*10

-3 mol

Or V = 100 mL donc [OH-(aq)]i = Lmol

V

OHn iaq/10*0.2

10*100

10*0.2)( 4

3

3)(

Remarque

Si initialement, on apporte que les réactifs de la réaction (*), alors Qr,i = 0.

b. État final

L’état final correspond à l’état d’équilibre du système, les concentrations des

espèces sont celles atteintes dans cet état d’équilibre notées [X]éq.

Aussi nous savons que le quotient de réaction prend une valeur particulière

dans l’état d’équilibre appelée constante d’équilibre, notée K, et indépendante

de l’état initial du système.







CHIMIE



ŞI SPORTULUI


toujours totale ?

Les valeurs de [X]éq sont obtenues par mesures pH-métriques ou conductimétriques.

B - Critère d’évolution spontané d’un système chimique

Nous allons, dans ce paragraphe, apprendre à déterminer si un système chimique

évolue dans le sens direct de l’écriture de l’équation chimique ou dans le sens

inverse.

1) Mise en évidence expérimentale par étude d’une réaction acido-

basique

CH3CO2-(aq) + HCO2H(aq) = CH3CO2H(aq) + HCO2

-(aq)

Activité 2 : « Étude de trois mélanges »

Situation de départ : On réalise 3 mélanges avec des quantités différentes d’acide

méthanoïque, d’éthanoate de sodium, d’acide méthanoïque et de méthanoate de

sodium.

Problème : Peut-on prévoir le sens d’évolution du mélange selon les concentrations

initiales à partir de la mesure du pH ?

Résolution : Les calculs de Qr,i et de Qr (équilibre) permettent de répondre à cette

question. (fiche élève activité 2).

Conclusion

2) Généralisation

Un système évolue spontanément pour faire prendre à son quotient de réaction la

valeur qu’il a à l’équilibre. Trois cas peuvent alors se produire :

a. Si Qr,i < K, alors le système évolue dans le sens direct jusqu’à ce

que Qr,i = K.

b. Si Qr,i > K, alors le système évolue dans le sens inverse jusqu’à

ce que Qr,i = K.

c. Si Qr,i = K alors le système n’évolue pas.

Il existe néanmoins deux cas usuels :

a. Si au départ de la transformation seuls les réactifs sont présents :

alors le système ne peut évoluer que dans le sens direct.

b. Si au départ de la transformation, seuls les produits sont présents,

alors le système ne peut évoluer que dans le sens inverse.

Modalités de

travail

Travail de groupe avec observation des expériences émission d’hypothèses







CHIMIE



ŞI SPORTULUI


toujours totale ?

Mise en commun des résultats et test des hypothèses proposées.

Durée 1h

Objectifs

Donner l’expression littérale du quotient de réaction Qr, et calculer sa

valeur dans un état donné du système, en disposant de l’équation d’une

réaction

Savoir qu’un système évolue spontanément vers un état d’équilibre

Déterminer le sens d’évolution d’un système donné en comparant la valeur

du quotient de réaction dans l’état initial à la constante d’équilibre, dans le

cas de réactions acido-basiques et d’oxydoréduction

Évaluation /

Correction

Exercices d’application

CONSEILS POUR LES ENSEIGNANTS

On continue à distinguer trois niveaux de présentation des phénomènes chimiques

le niveau de la transformation observée dans l’expérience,

le niveau de modélisation (la réaction chimique associée à la transformation),

le niveau de symbolisation (l’écriture de l’équation de réaction).

Que signifie « transformation totale » ? Comment l’utilisation du pH-mètre permet-elle d’aborder cette

question ?

Les transformations chimiques dans leur ensemble ne sont pas totales. Pour expliciter la signification de cette

expression, prenons un exemple dans le domaine des réactions acido-basiques : l’élève sait que dans une

solution aqueuse de chlorure d’hydrogène de concentration molaire apportée c = 1,0 10-3

mol.L-1

, la

concentration molaire en ions oxonium vaut 1,0.10-3

mol.L-1

, le pH est donc égal à 3,0. Il peut être étonné de

constater que la mesure du pH d’une solution d’un autre acide à la même concentration molaire, l’acide

éthanoïque, donne une valeur sensiblement supérieure : pH = 3,9. Il constate que l’avancement final diffère,

dans ce cas, de l’avancement maximal ; le taux d’avancement final, final

max

x

x est alors défini. L’interprétation

correcte de l’état d’équilibre est déduite d’expériences montrant qu’une transformation est modélisée en fait

par deux réactions simultanées, inverses l’une de l’autre.

Cela conduit à choisir le formalisme : A + B = C + D pour l’écriture de la réaction.

Cette écriture conventionnelle n’a d’autre but que le rappel la conservation des atomes et des charges, sans







CHIMIE



ŞI SPORTULUI


toujours totale ?

préjuger du sens spontané de la transformation. La transformation est orientée ; la réaction chimique ne l’est

pas. Dans l'état d'équilibre, les vitesses des réactions directe et inverse sont effectivement égales.

Le pH-mètre est utilisé pour montrer aux élèves que les transformations acido-basiques ne sont pas totales. Il

est indicateur d’une espèce particulière, les ions oxonium. Il ne donne pas accès à une concentration molaire

mais à un pH, c’est-à-dire à sa conversion logarithmique, avec tout ce que cela comporte comme perte

d’information si l’on veut revenir aux concentrations.

Des exemples d’équilibres chimiques pourront être étudiés de la même façon :

dans le domaine de l’oxydoréduction : par exemple étude du mélange d’une solution de sulfate de fer (

III ), d’une solution de sulfate de fer ( II ), d’une solution de sulfate de cuivre ( II ) et poudre de cuivre,

en chimie organique : par exemple étude de l’estérification-hydrolyse.

Activité 1 expérimentale

Première expérience : Que se passe-t-il entre l’acide éthanoïque et l’eau ?

Cette première expérience est de préférence réalisée par l’enseignant en raison de l’utilisation d’acide

éthanoïque pur.

Matériel et produits

- Fiole jaugée de 100 mL

- Becher de 150 mL

- Balance

- pH-mètre et électrodes

- Pipette ou compte-gouttes

- Acide éthanoïque pur

- Eau minérale le plus neutre possible

Manipulation

Si nécessaire, on pourra refaire l’expérience de mesure du pH d’une solution d’acide chlorhydrique de

concentration égale à celle que l’on va réaliser avec l’acide éthanoïque (C = 0,1 mol.L-1

).

Mettre de l’eau minérale dans un bécher et mesurer son pH, noté pH1.

Verser de l’eau minérale dans une fiole jaugée de 100 mL pour la remplir à moitié.

Placer la fiole sur une balance.

Introduire dans la fiole 0,60 g d’acide éthanoïque pur précisément, à la goutte près (utiliser une pipette ou un

compte-gouttes). Homogénéiser et ajuster au trait de jauge avec l’eau.

Mesurer le pH de la solution ainsi obtenue, noté pH2.







CHIMIE



ŞI SPORTULUI


toujours totale ?

Questionnement

Y a-t-il eu réaction entre l’acide éthanoïque et l’eau ?

D’après le tableau descriptif de l’évolution du système, quelle est la valeur de pH attendue dans l’état

final ?

Comparer cette valeur à celle mesurée.

En admettant que le pH est mesuré avec une précision de 0,1 unité, que peut-on en conclure ?

Comment interpréter ce résultat ?

Éléments de réponse

Valeurs mesurées du pH

Eau minérale : pH1 = 7,0.

Solution d’acide éthanoïque : pH2 = 2,8.

Réaction associée à la transformation

La valeur mesurée du pH dans l’état final étant inférieure à celle du pH de l’eau, il y a eu formation d’ions

oxonium (produit de la réaction) : des molécules d’eau ont donc capté des protons pour se transformer en

ions oxonium. Ces protons ont été cédés par l’acide éthanoïque. Il s’agit d’une réaction acido-basique car il y

a eu transfert d’un proton entre les deux réactifs (eau et acide éthanoïque).

Équation de la réaction

A ce stade, les élèves écrivent l’équation déjà connue :

CH3CO2H(l) + H2O (aq)COCH 23 + H3O

(1).

Suivi de la transformation

État initial : 0,010 mol d’acide éthanoïque et environ 5,55 mol d’eau (volume 100 mL). L’eau est en large

excès.

État final attendu

Équation CH3CO2H(l) + H2O CH3CO2-(aq) + H3O

+

Quantité de matière

dans l’état initial (en

mol)

0,010

excès. 0 0


au cours de la

transformation (en

mol)

0,010 - x excès. x x


attendue dans l’état

final (en mol)

0,010 - xmax =

0 excès.

xmax =

0,010 xmax = 0,010







CHIMIE



ŞI SPORTULUI


toujours totale ?

L’acide éthanoïque est le réactif limitant, l’état final attendu est donc xmax = 0,010 mol

Or : + max3[H O ]

x

V et : V = 100 mL

Donc la valeur attendue du pH est : pH = 1,0.

État final effectif

La mesure du pH dans l’état final est pH2 = 2,8.

Compte tenu des incertitudes sur la mesure du pH, on peut écrire :

[H3O+] 1,6.10

-3 mol.L

-1 et donc xfinal 1,6.10

-4 mol.

On constate donc que xfinal < xmax (avec xmax = 0,010 mol).

On peut alors compléter le tableau comme suit :


effective dans l’état final

(en mol)

0,010 -

1,6.10-4

# 1,6.10

-4

1,6.10-

4

L’enseignant peut préférer encadrer la valeur du pH. Ainsi, 2,7 < pH < 2,9 pour la concentration molaire en

ions oxonium :

10-2,9

mol.L-1

< [H3O+] < 10

-2,7 mol.L

-1 avec + max

3[H O ]x

V

1,2.10-4

mol < xfinal < 2.10-4

mol

Conclusion

L’état final est atteint alors que le réactif limitant, CH3CO2H, n’a pas entièrement disparu. L’exploitation des

mesures montre que tous les réactifs et produits sont simultanément présents dans l’état final. La

transformation n’est donc pas totale.

Hypothèses possibles des élèves pour expliquer la valeur du pH

Hypothèse 1 : la transformation n’est pas totale car sa cinétique est « lente ».

Cette hypothèse est invalidée car le pH mesuré est inchangé en chauffant et en ramenant à la température

ambiante aussi bien qu’en attendant suffisamment longtemps.

Hypothèse 2 : parmi les molécules initialement présentes, une partie d’entre elles seulement réagit pour

donner les produits, l’autre partie demeurant passive.

L’élève peut raisonnablement se demander en quoi les molécules qui n’ont pas réagi sont différentes de

celles qui ont réagi.

Hypothèse 3 : la transformation n’est pas totale car il existe une réaction possible entre les produits de

cette réaction : -3 2CH CO (aq) et H3O

+.

L’arbitrage entre les hypothèses 2 et 3 peut être réalisé grâce à une deuxième expérience.







CHIMIE



ŞI SPORTULUI


toujours totale ?

Deuxième expérience : Démarche d’investigation expérimentale

Problème : Y a-t-il réaction entre les ions éthanoate et les ions oxonium H3O+ ?

On demande aux élèves d’élaborer un protocole répondant à une question posée : Comment montrer

expérimentalement qu’il y a une réaction entre les ions éthanoate et les ions oxonium ?

On peut aussi les guider en leur faisant réaliser l’expérience décrite ci-dessous.

Matériel et produits

- Becher ou récipient de taille appropriée à la mesure du pH à l’aide d’un pH-mètre

- Spatule, agitateur

- pH-mètre et électrodes

- Acide chlorhydrique de concentration molaire c = 1,0.10-1

mol.L-1

- Ethanoate de sodium

Manipulation attendue après recherche par groupes d’un protocole et mise en commun

Mettre de l’acide chlorhydrique de concentration molaire c = 1,0.10-1

mol.L-1

dans un bécher et mesurer la

valeur du pH de la solution, noté pH3.

Introduire à la spatule une petite quantité (environ 0,5 g) d’éthanoate de sodium dans cette solution. Agiter.

Observer l’évolution de la valeur du pH.

Comment peut s’interpréter l’évolution de la valeur du pH ?

Éléments de réponse

Réaction associée à la transformation

La valeur du pH augmente. Dans l’état final, elle est supérieure à celle du pH de l’acide chlorhydrique initial,

il y a donc eu disparition d’ions oxonium (réactif) : les ions éthanoate ont capté des protons aux ions

oxonium et se sont transformés en molécules d’acide éthanoïque (réaction acido-basique).

Équation de la réaction -

3 2CH CO (aq) + H3O+ CH3CO2H(aq) + H2O (2).

Conclusion

Cette réaction est la réaction inverse de celle intervenant dans la première expérience.







CHIMIE



ŞI SPORTULUI


toujours totale ?

Activité 2 expérimentale

« Étude de trois mélanges »

Fiche professeur

Réaction étudiée

Entre les 2 couples : CH3CO2H(aq) / CH3CO2-(aq) de pKA1 = 4.8 et HCO2H(aq) / HCO2

-(aq) de pKA2 = 3.8

CH3CO2-(aq) + HCO2H(aq) = CH3CO2H(aq) + HCO2

-(aq)

De chaque côté, on a bien la réaction entre un acide et une base.

Calcul de la constante d’équilibre de cette réaction

Donnons l’expression du quotient de réaction : Qr = (aq)2)(23

(aq)-

2)(23

HHCO

HCO

aq

aq

COCH

HCOCH

Donc à l’équilibre :

Qr,éq = K

éqaqéq

éq

éqaq

éqaqéqaq

éqéqaq

éqéqaq

OHHHCO

OHHCO

COCH

HCOCH

)(3(aq)-

23

(aq)23

)(2

)(3)(2

(aq)2)(23

(aq)-

2)(23

COCH

HCOCH

HHCO

HCO

1

8.4

8.3

1

2 1010

10

A

A

K

KK

Présentation de la démarche

On va mélanger divers volumes de solutions d’acide méthanoïque (V1), de méthanoate de sodium (V2), d’acide

acétique (V3) et d’acétate de sodium (V4) de même concentration à 1.0*10-1

mol/L, pour obtenir trois mélanges

différents.

Puis on étudiera chaque mélange de la même manière :

A l’aide du volume initial de chaque solution, on calculera le quotient de réaction dans l’état initial

du système. En effet si V (= V1+V2+V3+V4) est le volume final de solution :

1

2

1

2

(aq)2

(aq)2

HHCO

HCO

V

V

V

VcV

Vc

i

i

et 4

3

4

3

)(23

)(23

V

V

V

VcV

Vc

COCH

HCOCH

iaq

iaq

d’où Qr,i = 4

3

1

2

V

V

V

V







CHIMIE



ŞI SPORTULUI


toujours totale ?

La valeur du pH de la solution obtenue nous permettra de calculer le rapport des concentrations des

espèces conjuguées pour chaque couple.

Remarque : la valeur du pH peut être mesurée ou bien donnée aux élèves.

En effet, KA =

éq

éqaqéq

A

OHB )(3

d’où

pKApH

éqaq

A

éq

éq

OH

K

A

B

10

)(3

et on obtiendra facilement

Qr,éq

Calculs pour les trois mélanges et interprétations

Mélange S S’ S’’

Acide méthanoïque V1 (mL) 10.0 2.0 2.0

Méthanoate de sodium V2 (mL) 10.0 10.0 10.0

Acide éthanoïque V3 (mL) 10.0 20.0 20.0

Ethanoate de sodium V4 (mL) 10.0 2.0 10.0

Rapport des

concentrations des

espèces conjuguées

État initial

1

2

(aq)2

(aq)2

HHCO

HCO

V

V

i

i

1.0 5.0 5.0

4

3

)(23

)(23

V

V

iCOCH

iHCOCH

aq

aq

1.0 10 2.0

Valeur de Qr,i 1.0 50 10

Valeur du pH du mélange 4.3 4.1 4.5

Rapport des

concentrations des


Etat initial

2

(aq)2

(aq)2 10HHCO

HCO pKApH

éq

éq

3.2 (+) 2.0 (-) 5.0 (=)

pHpKA

aq

aq

éqCOCH

éqHCOCH

1

)(23

)(2310

3.2 (+) 5.0 (-) 2.0 (=)

Valeur de Qr,éq 10 10 10

Comparaison de Qr,i et de K et sens d’évolution Qr,i < K=Qr,éq

Sens direct

Qr,i > K=Qr,éq

Sens inverse

Qr,i = K=Qr,éq

Pas

d’évolution







CHIMIE



ŞI SPORTULUI


toujours totale ?

Fiche élève (à compléter à partir des observations de l’expérience)

Réaction étudiée

Entre les 2 couples : CH3CO2H(aq) / CH3CO2-(aq) de pKA1 = 4.8 et HCO2H(aq) / HCO2

-(aq) de pKA2 = 3.8

Ecrire l’équation de la réaction entre l’éthanoate de sodium et l’acide méthanoïque.

Calculer la constante d’équilibre de cette réaction.

Présentation de la démarche

On va mélanger divers volumes de solutions d’acide méthanoïque (V1), de méthanoate de sodium (V2), d’acide

acétique (V3) et d’acétate de sodium (V4) de même concentration à 1.0*10-1

mol/L, pour obtenir trois mélanges

différents.

Puis on étudiera chaque mélange de la même manière :

A l’aide du volume initial de chaque solution, on calculera le quotient de réaction dans l’état initial

du système. En effet si V (= V1+V2+V3+V4) est le volume final de solution :

Qr,i = 4

3

1

2

V

V

V

V

La valeur du pH de la solution obtenue nous permettra d’obtenir le rapport des concentrations des

espèces conjuguées pour chaque couple.

En effet, KA =

éq

éqaqéq

A

OHB )(3

d’où

pKApH

éqaq

A

éq

éq

OH

K

A

B

10

)(3

et on obtiendra facilement

Qr,éq







CHIMIE



ŞI SPORTULUI


toujours totale ?

Calculs pour les trois mélanges et interprétations

Compléter le tableau et déterminer le sens d’évolution des 3 mélanges.

Mélange : S S’ S’’

Acide méthanoïque V1 (mL) 10.0 2.0 2.0

Méthanoate de sodium V2 (mL) 10.0 10.0 10.0

Acide éthanoïque V3 (mL) 10.0 20.0 20.0

Ethanoate de sodium V4 (mL) 10.0 2.0 10.0

Rapport des

concentrations des


État initial

1

2

(aq)2

(aq)2

HHCO

HCO

V

V

i

i

4

3

)(23

)(23

V

V

iCOCH

iHCOCH

aq

aq

Valeur de Qr,i

Valeur du pH du mélange 4.3 4.1 4.5

Rapport des

concentrations des


État initial

2

(aq)2

(aq)2 10HHCO

HCO pKApH

éq

éq

pHpKA

aq

aq

éqCOCH

éqHCOCH

1

)(23

)(2310

Valeur de Qr,éq

Comparaison de Qr,i et de K et sens d’évolution

Fiche pédagogique enseignant Une réaction est-elle … · terminale S 2002 Activité « Une...

Documents

Transcript of Fiche pédagogique enseignant Une réaction est-elle … · terminale S 2002 Activité « Une...