TP de Chimie : sens d'évolution spontané d'un système chimique

Résumé du document

Objectifs :
- Montrer qu'un système évolue spontanément vers un état d'équilibre.
- Vérifier le sens d'évolution par la mesure du pH.

I. Principe
On mesure le pH à l'équilibre d'un volume V de solution S, S' ou S'' obtenu en mélangeant des volumes V1, V2, V3, V4 de chacune des solutions S1, S2, S3, S4 de mêmes concentrations initiales disposées au bureau du prof dans des béchers 1 à 4 (...)

Extraits

[...] Résultats Acide méthanoïque : S1 Méthanoate de sodium : S2 Acide éthanoïque : S3 Ethanoate de sodium : S pH mesuré 4,8 [HCO2 = V2 Rapport des concentrations [HCO2H]i V1 des espèces conjuguées [CH 3CO2 = V4 dans l'état initial [CH3CO2H]i V3 Qr, i = V3 V2 (et comparaison / K = 10 : ou V4 V1 Rapport des concentrations des espèces conjuguées dans l'état final et sens de variation / état initial : ou ou [HCO2 = 10 pKA1 [HCO2H]f + pH S V1 = 10,0 mL V2 = 10,0 mL V3 = 10,0 mL V4 = 10,0 mL 4,25 V1 = 2,0 mL V2 = 10,0 mL V3 = 20,0 mL V4 = 2,0 mL 4,10 V1 = 2,0 mL V2 = 10,0 mL V3 = 20,0 mL V4 = 10,0 mL K = = K = Direct (xf > Inverse (xf [...]

[...] Vérifier le sens d'évolution par la mesure du pH. Principe On mesure le pH à l'équilibre d'un volume V de solution S' ou S'' obtenu en mélangeant des volumes V1, V2, V3, V4 de chacune des solutions S1, S2, S3, S4 de mêmes concentrations initiales disposées au bureau du prof dans des béchers 1 à 4. La constante d'équilibre K = 10 est associée à l'équation de la transformation rapide et limitée ayant lieu lors des mélanges : HCO2H + CH3CO2 = HCO2 + CH3CO2H Les pKA des couples : acide méthanoïque / ion méthanoate HCO2H / HCO2 et acide éthanoïque / ion éthanoate CH3CO2H / CH3CO2 sont respectivement pKA1 = 3,8 et pKA2 = 4,8. [...]

[...] II. Protocole Préparer dans 3 pots identifiés chacune des solutions S (pot rouge), S' (pot bleu) et S'' (voir tableau). Placer le dispositif de mesure pH métrique dans l'un des pots. Agiter et relever la valeur du pH. Rincer et essuyer la sonde du pH-mètre et recommencer avec les deux autres solutions. [...]

[...] Dans quel sens a lieu l'évolution selon l'inégalité existant entre Qr, i et K ? Pot incolore V1 = 2,0 mL V2 = 10,0 mL V3 = 20,0 mL V4 = 10,0 mL V. Démonstrations des relations utilisées Soit la transformation d'équation : HCO2H + CH3CO2 = HCO2 + CH3CO2H 5.1 Montrer qu'il s'agit d'une réaction acide / base Les pKA des couples comportant les espèces acide méthanoïque et acide éthanoïque sont respectivement pKA1 = 3,8 et pKA2 = 4,8. [...]

[...] Résultats S Pot rouge V1 = 10,0 mL V2 = 10,0 mL V3 = 10,0 mL V4 = 10,0 mL Acide méthanoïque : S1 Méthanoate de sodium : S2 Acide éthanoïque : S3 Ethanoate de sodium : S4 pH mesuré [HCO2 = V2 Rapport des concentrations [HCO2H]i V1 des espèces conjuguées [CH 3CO2 = V4 dans l'état initial [CH3CO2H]i V3 V2 V1 Qr, i = (et comparaison / K = 10 : ou V4 V3 Rapport des concentrations des espèces conjuguées dans l'état final et sens de variation / état initial : ou ou [HCO2 = 10 pKA1 [HCO2H]f Pot bleu V1 = 2,0 mL V2 = 10,0 mL V3 = 20,0 mL V4 = 2,0 mL + pH [CH3CO2 = 10 pKA2 + pH [CH3CO2H]f f [HCO2 = 10 pKA1 + pKA2 Qr, f = [CH3CO2H] [CH3CO2 [HCO2H]f Sens d'évolution de la transformation (direct, inverse ou pas d'évolution) IV. Exploitation Quelle condition existe-t-il entre Qr, i et K pour que les compositions des systèmes final et initial diffèrent ? Vers quelle valeur tend Qr, f quand il y a évolution du système ? Quelle est la grandeur associée ? [...]