Une transformation chimique est-elle toujours

totale ?

II] Manipulations.

III ]Exploitation des résultats

II] Manipulations.

2.1 Solution d’acide chlorhydrique : HCl( aq ).

a)Préparation de 1 L d’une solution d’acide chlorhydrique de concentration en soluté apporté CHCl = 10-1 mol.L-1

selon l’équation de dissolution :

( ) ( )eau

g aqHC HC

La dissolution est totale donc :

0,1 1 0,1HC HC solutionn C V mol

A 20°C , le volume molaire a pour valeur : Vm=24 L.mol-1

0,1 24 2,4HC HC mV n V L

II] Manipulations.

2.1 Solution d’acide chlorhydrique : HCl( aq ).

b) Calculs des concentration en soluté apporté.

On dilue un volume V de solution d ’acide chlorhydrique de concentration C0=10-1 mol.L-1 dans de l ’eau , afin d ’obtenir une solution de concentration Ci et de volume Vtotal=V+Veau.

Au cours d ’une dilution il y a conservation de la matière donc :

apporté en solutionn n

0 i totalC V C V

0i

total

C VC

V

II] Manipulations.

2.1 Solution d’acide chlorhydrique : HCl( aq ).

b) Calculs des concentration en soluté apporté.• Premier mélange : V=1mL et Vtotal =51mL

1 33 10

31

10 1.102,0.10 .

51.10HC

total

C VC mol L

V

• Deuxième mélange : V=5mL et Vtotal =55mL1 3

3 1032

10 5.109,1.10 .

55.10HC

total

C VC mol L

V

• Troisième mélange : V=10mL et Vtotal =60 mL1 3

3 1033

10 10.1017.10 .

60.10HC

total

C VC mol L

V

II] Manipulations.

2.1 Solution d’acide chlorhydrique : HCl( aq ).

Vajouté 1mL 5mL 10mL

HCiC (mol.L-1) 2,0.10-3 9,1.10-3 17.10-3

pH 2,7 2,0 1,8

II] Manipulations.

2.2 Solution d ’acide éthanoïque :( ou acétique ) CH3CO2H

a) Préparation de la solution par dissolution : CH3CO2H ( s ) CH3CO2H ( aq ) .

3 2

3 2 1 13 20

660

10 .1

CH CO H

CH CO HCH CO H

m

n MC mol L

V V

II] Manipulations.

2.2 Solution d ’acide éthanoïque :( ou acétique ) CH3CO2H

Par analogie avec l ’acide chlorhydrique , on trouve les mêmes concentrations initiales , soit :

Vajouté 1mL 5mL 10mL

3 2CHCOHiC (mol.L-1 ) 2,0.10-3 9,1.10-3 17.10-3

pH 3,7 3,3 3,2

II] Manipulations.

2.3 Solution aqueuse d’acide méthanoïque :(ou formique) HCOOH

a) Préparation de solution selon l’équation : HCOOH (l ) HCOOH ( aq ).

0( )

0 ( HCOOH )

.

, C 0,1 46 1 4,6 .

HCOOH HCOOHHCOOH

HCOOH

HCOOH HCOOH

n mC

V M V

Donc m M V g

On dissout 4,6 g d’acide méthanoïque dans une fiole jaugée de 1L. (voir fiche méthode p246 )

II] Manipulations.

2.3 Solution aqueuse d’acide méthanoïque :(ou formique) HCOOH

Par analogie avec l ’acide chlorhydrique et l ’acide éthanoïque , on trouve les mêmes concentrations initiales , soit :

Vajouté 1mL 5mL 10mL

2HCOHiC (mol.L-1 ) 2,0.10-3 9,1.10-3 17.10-3

pH 3,3 2,9 2,7

III ]Exploitation des résultats

3.1 Analyse des expériences 1) 2) et 3)

a) Pour chaque expérience, dire s ’il y a eu réaction entre l ’eau et l ’acide .

A chaque ajout d’acide, le pH diminue, donc il se forme des ions oxonium H3O+ : il y a transformation chimique selon les équations suivantes :

• HCl ( aq ) + H2O ( l ) H3O+ ( aq ) + Cl- ( aq ) .

Couples : HCl / Cl- et H3O+ / H2O.

• CH3COOH ( aq ) + H2O ( l ) CH3COO- ( aq ) + H3O+ ( aq ) .

Couples : CH3COOH / CH3COO- et H3O+ / H2O.

• HCOOH ( aq ) + H2O ( l ) HCOO- ( aq ) + H3O+ ( aq ) .

Couples : HCOOH / HCOO- et H3O+ / H2O.

III ]Exploitation des résultats

3.1 Analyse des expériences 1) 2) et 3)

b) Déterminer le pH attendu si la transformation était totale

HCl + H2O = Cl- + H3O+

EI x=0 Ci.VTotal 0 0 x Ci.VTotal - x x xEF si total x=xmax Ci.VTotal – xmax

solvant

xmax xmax

L ’eau est en excès ( solvant ), le réactif limitant est donc HCl . Si la transformation est totale à l ’EF on a alors :

max0HC i TotalEFn C V x

max i Totalx C V

III ]Exploitation des résultats

3.1 Analyse des expériences 1) 2) et 3)

b) Déterminer le pH attendu si la transformation était totale

HCl + H2O = Cl- + H3O+

EI x=0 Ci.VTotal 0 0 x Ci.VTotal - x x xEF si total x=xmax Ci.VTotal – xmax

solvant

xmax xmax

max i Totalx C V

Soit pour chaque solution :

•Solution 1 : xmax = 2.10-3.51.10-3 = 10-4 mol•Solution 2 : xmax = 9,1.10-3.55.10-3 = 5.10-4 mol•Solution 3 : xmax = 17.10-3.60.10-3 = 10-3 mol

III ]Exploitation des résultats

3.1 Analyse des expériences 1) 2) et 3)

b) Déterminer le pH attendu si la transformation était totale

HCl + H2O = Cl- + H3O+

EI x=0 Ci.VTotal 0 0 x Ci.VTotal - x x xEF si total x=xmax Ci.VTotal – xmax

solvant

xmax xmax

Le pH attendu est alors : pH=-log[H3O+]

Or : max

3H On x Et : max

3total

xH O

V

max3log log

total

xpH H O

V

III ]Exploitation des résultats

3.1 Analyse des expériences 1) 2) et 3)

b) Déterminer le pH attendu si la transformation était totale

Soit pour chaque solution :

•Solution 1 : pH=-log( 2.10-3 /51.10-3 )= 2,7•Solution 2 : pH=-log( 9,1.10-3 /55.10-3 )= 2,0•Solution 3 : pH=-log( 17.10-3 /60.10-3 )= 1,8

Les volumes et concentrations initiales étant identiques pour l ’acide éthanoïque et méthanoïque, on attend donc les mêmes pH si leurs transformations étaient totales.

III ]Exploitation des résultats

3.1 Analyse des expériences 1) 2) et 3)

c) Calculer l ’avancement final xf à partir des résultats expérimentaux

HCl + H2O = Cl- + H3O+

EI x=0 Ci.VTotal 0 0 x Ci.VTotal - x x xEF x=xf Ci.VTotal – xf

solvant

xf xf

A l ’ état final :

33

10 pHmesuréf total totalH O

n x H O V V

Soit pour chaque solution :

•Solution 1 : xf =10-2,7 . 51.10-3 = 10-4 mol•Solution 2 : xf =10-2,0 . 55.10-3 = 5,5.10-4 mol •Solution 3 : xf =10-1,8 . 60.10-3 = 9,5.10-4 mol

III ]Exploitation des résultats

3.1 Analyse des expériences 1) 2) et 3)

d) Calculer le taux d ’avancement final

•Solution 1 : xf = 10-4 mol•Solution 2 : xf = 5,5.10-4 mol •Solution 3 : xf = 9,5.10-4 mol

•Solution 1 : xmax = 10-4 mol•Solution 2 : xmax = 5.10-4 mol•Solution 3 : xmax = 10-3 mol

max

fx

x

•Solution 1 : = 1 = 100%•Solution 2 : = 1,1 = 110%•Solution 3 : = 0,95 = 95%

Aux erreurs expérimentales près , on peut considérer la transformation comme totale.

III ]Exploitation des résultats

3.1 Analyse des expériences 1) 2) et 3)

d) Calculer le taux d ’avancement final

•Solution 1 : xf = 10-5 mol•Solution 2 : xf = 2,8.10-5 mol •Solution 3 : xf = 3,8.10-5 mol

•Solution 1 : xmax = 10-4 mol•Solution 2 : xmax = 5.10-4 mol•Solution 3 : xmax = 10-3 mol

max

fx

x

•Solution 1 : = 0,1 = 10%•Solution 2 : = 0,056 = 5,6%•Solution 3 : = 0,038 = 3,8 %

Cette transformation n ’est pas totale

Cas de l ’acide éthanoïque

III ]Exploitation des résultats

3.1 Analyse des expériences 1) 2) et 3)

d) Calculer le taux d ’avancement final

•Solution 1 : xf = 2,6.10-5 mol•Solution 2 : xf = 6,9.10-5 mol •Solution 3 : xf = 12.10-5 mol

•Solution 1 : xmax = 10-4 mol•Solution 2 : xmax = 5.10-4 mol•Solution 3 : xmax = 10-3 mol

max

fx

x

•Solution 1 : = 0,26 = 26%•Solution 2 : = 0,138 = 13,8%•Solution 3 : = 0,12 = 12 %

Cette transformation n ’est pas totale

Cas de l ’acide méthanoïque