CHIMIE

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Activités d’espèces chimiques
1 • Un volume V = 500 mL de solution aqueuse est préparé
en dissolvant dans le volume suffisant d’eau :
– 150 mmol d’acide chlorhydrique HCl
– 13,5 g de chlorure de fer (III) hexahydraté FeCl 3, 6 H 2O
– 20,0 g de sulfate de fer (III) Fe 2(SO 4) 3
Déterminer la quantité, puis la concentration et enfin l’activité
de chacune des espèces ioniques présentes dans cette
solution ; on admettra que chaque soluté est totalement
dissocié en ions.
2 • Un système gazeux est constitué des gaz argon, hélium
et dihydrogène.
Les pressions partielles de ces gaz valent : P(Ar) = 120 kPa,
P(He) = 0,83 bar et P(H 2) = 400 mm Hg . Déterminer l’activité
de chacun de ces gaz.
Donnée :
1,00 bar = 1,00 . 10 5 Pa = 750 mm Hg.
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Expressions de quotient de réaction
Soit les réactions d’équation :
a. 2 MnO 4 – (aq) + 6 H + (aq) + 5 H2O 2 (aq)
= 2 Mn 2+ (aq) + 5 O 2(g) + 8 H 2O ()
b. MnO 2 (s) + 2 Cl – (aq) + 4 H + (aq)
= Mn 2+ (aq) + Cl 2(g) + 2 H 2O ()
c. CaCO 3 (s) = CaO (s) + CO 2 (g)
d. 4 HCl (g) + O 2 (g) = 2 H 2O (g) + 2 Cl 2 (g)
e. C 6H 12O 6 (s) + 6 O 2 (g) = 6 CO 2 (g) + 6 H 2O ()
f. Hg 2+ (aq) + Hg () = Hg 2 2+ (aq)
Exprimer leurs quotients de réaction en fonction des activités
des espèces mises en jeu, en supposant les gaz parfaits,
les solutions diluées et les solides et les liquides seuls dans
leurs phases.
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Applications directes du cours
Calculs de quotient de réaction
1 • Soit l’oxydation du métal cuivre par une solution d’acide
nitrique, H 3O + + NO 3 – , selon la réaction d’équation :
3 Cu(s) + 8 H 3O + (aq) + 2 NO 3 – (aq)
= 3 Cu 2+ (aq) + 2 NO (g) + 12 H 2O ()
Àun instant donné : [H 3O + ] = 0,020 mol . L –1 ;
[Cu 2+ ]= 0,030 mol . L –1 ; [NO 3 – ] = 0,080 mol . L –1 ;
P(NO) = 15 kPa.
a. Exprimer le quotient de réaction de cette réaction en supposant
le gaz parfait, la solution diluée et le solide seul dans
sa phase.
b. Déterminer l’activité de chacun des constituants du système.
c. En déduire la valeur du quotient de réaction à cet instant.
2 • L’acidification d’une solution d’eau de Javel (mélange
équimolaire de chlorure de sodium, Na + + Cl – , et
d’hypochlorite de sodium, Na + + ClO – ) par une solution
d’acide chlorhydrique, H 3O + + Cl – , produit un dégagement
de dichlore selon la réaction d’équation :
2 H 3O + (aq) + Cl – (aq) + ClO – (aq) = Cl 2 (g) + 3 H 2O ()
Àun instant donné : [H 3O + ]= 0,040 mol . L –1 ;
[ClO – ] = 0,020 mol . L –1 ; [Cl – ] = 0,120 mol . L –1 ;
[Na + ] = 0,100 mol . L –1 ; P(Cl 2) = 125 mm Hg.
a. Exprimer le quotient de réaction de cette réaction en supposant
le gaz parfait et la solution diluée.
b. Déterminer l’activité de chacun des constituants du
système.
c. En déduire la valeur du quotient de réaction à cet instant.
Donnée :
1,00 bar = 1,00 . 10 5 Pa = 750 mm Hg.
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Évolution d’un système
Un mélange d’acide acétique CH 3CO 2H, d’acide benzoïque
C 6H 5CO 2H, d’ions acétate CH 3CO 2 – et d’ions benzoate
C 6H 5CO 2 – est susceptible d’évoluer suivant la réaction
d’équation :
CH 3CO 2 – (aq) + C6H 5CO 2H (aq)
= CH 3CO 2H (aq) + C 6H 5CO 2 – (aq)
et de constante, à 25 °C, K 0 = 3,20.
Exercices
On mélange quatre solutions de même volume V 0 = 25,0 mL
d’acétate de sodium, de benzoate de sodium, d’acide benzoïque
et d’acide acétique chacune à C 0 = 1,2 . 10 –2 mol . L –1 .
1 • Rappeler le critère d’évolution d’un système chimique.
2 • Déterminer dans quel sens évolue le système ainsi réalisé.
SOS
3 • Déterminer l’avancement volumique de la réaction à
l’équilibre.
4 • Cette réaction peut-elle être considérée comme totale ?
5 • Reprendre l’exercice dans l’hypothèse nouvelle où, avant
mélange, les solutions d’acétate de sodium et d’acide benzoïque
sont à C 1 = 2,5 . 10 –3 mol . L –1 et celle de benzoate de
sodium et d’acide acétique à C 2 = 5,0 .10 –3 mol . L –1 . SOS
SOS : Ne pas oublier la dilution lors du mélange des quatre
solutions.
© Hachette Livre – H Prépa / Chimie, 1 re année, PCSI –La photocopie non autorisée est un délit
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