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Evolution spontanée d'une réaction acido-basique

Posté par
milou
09-03-12 à 15:52

Bonjour, j'ai un DM de chimie à faire mais j'ai quelques soucis pour le faire, voici l'énoncé :

"1. On dispose de quatre solutions de concentration initiale en soluté apporté
c0 = 5,00 10-2 mol.l-1
* (S1) solution d'hypochlorite de sodium Na+ + ClO-
* (S2) solution d'acide hypochloreux ClOH ;
* (S3) solution d'acide chloroéthanoïque ClCH2 COOH
* (S4) solution de chloroéthanoate de sodium Na+ + ClCH2COOOn
donne les constantes d'acidité à 25 °C des couples acide/base mis en jeu :
pKA1 (ClCH2COOH/ClCH2COO- ) = 2,86 pKA2 (ClOH/ClO-) = 7,31
a. Classer les solutions (S2) et (S3) par acidité croissante.
b. Donner les expressions et les valeurs des constantes d'acidité des couples correspondant à (S1) et (S3).
2. On réalise un mélange (M) des quatre solutions ci-dessus dans les proportions volumiques indiquées dans le tableau suivant

Solutions(S1)(S2)(S3)(S3)
Composition Na+ + ClO-ClOHClCH2COOHNa+ + ClCH2COO-
Volume de (S) dans (M) V1=50mLV2=40mL V3=30mL  V4=30mL
                                                    
  
On envisage la réaction d'équation chimique suivante
ClCH2COO (aq) + ClOH(aq) = ClO- (aq) + ClCH2COOH(aq)
a. Donner l'expression de la constante d'équilibre K associée à cette équation.
b. Établir la relation qui lie K à KA1 et KA2. En déduire la valeur de K.
c. Calculer la quantité de matière initiale de chaque entité dans le mélange.
d. Calculer, pour ce mélange, le quotient de réaction à l'état initial.
e. Quelle prévision peut-on envisager pour l'évolution de ce système ?

3. On étudie l'évolution du système dans le mélange (M). Soit V le volume total du mélange.
a. En notant xf l'avancement final, exprimer les concentrations, à l'état final, des entités
présentes dans l'équation en fonction de xf et V.
b. Donner l'expression de la constante d'équilibre K de la réaction en fonction de xf.
Montrer que l'on peut obtenir une équation du second degré en xf, à partir de l'expression de la constante d'équilibre K. Remplacer K par sa valeur en limitant les coefficients de l'équation à trois chiffres significatifs. Résoudre l'équation et déterminer les deux solutions de l'équation xf' et xf" . En déduire les deux valeurs possibles de la quantité de matière de ClCH2COOH et montrer qu'une seule solution xf est acceptable.
e. Que peut-on déduire du signe de xf relativement au sens d'évolution du système chimique ?
f. À partir de cette seule valeur acceptable de xf, déterminer les quantités de matière puis les
concentrations des entités ClO- , ClOH et ClCH2COO-. À l'état final, peut-on effectivement considérer que [ClCH2COOH] f = 0 mol .L-1 ?
h. Déterminer la concentration de ClCH2COOH à partir de la constante d'équilibre et des
concentrations des autres entités à l'état final."

Mes réponses :

1. a) [S2] < [S3]
   b) Ka1 = 10^-7,31 = [CLO-].[H3O+]/[HCLO] = 4,89.10^-8
      Ka2 = 10^-2,86 = 1,38.10^-3

2. a) K = [CLO-].[CLCH2COOH]/[CLCH2COO-].[CLOH]
   b) K = 10^(pKa1-pKa2)
           = Ka1/Ka2 = 3,55.10^-5

   c) n(CLCH2COO-)i = C0.V = (5.10^-2) * (30.10^-3) = 1,5.10^-3 mol
      n(CLOH)i = C0 * (40.10^-3) = 2.10^-3 mol
      n(CLO-) = C0 * (50.10^-3) = 2,5.10^-3 mol
      n(CLCH2COOH) = C0 * (30.10^-3) = 1,5.10^-3 mol

    d) Qri = 1

    e) On peut envisager que comme Qri > K, le sens de la réaction est indirect.

3.
EquationCLCH2COO-+ CLOH+ CLO-+ CLCH2COOH
Etat initialn(CLCH2COO-)in(CLOH)i00
Etat finaln - xfn - xfxfsf
Etat maximaln - xmawn - xmaxxmaxxmax


a) n(CLCH2COO-)f = n(CLCH2COO-)i - xf
[CLCH2COO-]f.V = n(CLCHCOO-)i - xf
[CLCH2COO-]f = (n(CLCH2COO-)i - xf)/ V

[CLOH]f = (n(CLOH)i - xf)/ V

[CLO-]f = [CLCH2COOH]f = xf

b) K = [CLO-].[CLCH2COOH]/[CLCH2COO-].[CLOH]
K = (xf*xf) / (((n(CLCH2COO-)i - xf)/ V) * (((n(CLOH)i - xf)/ V)

c) K = (xf*xf) / (((n(CLCH2COO-)i - xf)/ V) * (((n(CLOH)i - xf)/ V)
Donc K = xf² / (((n(CLCH2COO-)i - xf)/ V) * (((n(CLOH)i - xf)/ V)

là je ne vois pas comment montrer que c'est une équation de second degré

Si quelqu'un pouvait m'aider s'il vous plaît.


  

Posté par
coriolan
re : Evolution spontanée d'une réaction acido-basique 09-03-12 à 19:28

je n'ai pas tout détaillé ,mais j'ai 3 remarques à faire

  1)a   tu as interverti Ka1 et Ka2  
donc revoir la suite

  3) tableau
à l'état initial n(Cl) et n(ClCH2COOH) ne sont pas nuls ,puisqu'on étudie le mélange M

au 3 b ,a

Posté par
coriolan
re : Evolution spontanée d'une réaction acido-basique 09-03-12 à 19:31

fausse manoeuvre
je continue:
au 3b ,après avoir rectifié le tableau, remplace les qtés de matière initiales par leur valeur
en développant numérateur et dénominateur on a bien 2 expressions en x2

Posté par
coriolan
re : Evolution spontanée d'une réaction acido-basique 10-03-12 à 10:11

on a K2/K1 =3,5.10-5

Posté par
milou
re : Evolution spontanée d'une réaction acido-basique 10-03-12 à 20:43

ah oui j'ai tout corrigé et je trouve bien les réponses de l'énoncé. Merci beaucoup pour votre aide ! ^^



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