Chimie

transforment l’une en l’autre par transfert d’un hydron H+, selon la demi-équation hydronique A = B + H+. • Réaction acide base : réaction qui consiste en l’échange d’un hydron entre l’acide d’un couple et la base d’un autre couple.

 L’écriture de l’hydron est H

H

+ (aq)

sans mention d’état physique ; l’hydron n’existe pas en solution. Il ne faut pas le confondre avec qui est une écriture tolérée en oxydoréduction de l’ion oxonium H3O+(aq).

+

© Tous droits réservés Studyrama 2006

Fiche téléchargée sur www.studyrama.com



Fiche Cours

Nº : 37001

CHIMIE

Série S

Exemple : la molécule d’acide éthanoïque CH CO H est un acide, l’atome d’hydrogène en gras peut être libéré par la molécule 3 2 sous forme d’hydron. On obtient l’ion éthanoate CH CO –. Cet ion peut ultérieurement capter un hydron et donner la molécule 3 2 d’acide éthanoïque. L’ion éthanoate est une base. L’acide éthanoïque et l’ion éthanoate forment un couple CH3CO2H(aq) / CH3CO2– (aq) : CH3CO2H(aq) = CH3CO2–(aq) + H+. Si on considère le couple NH4+(aq) / NH3(aq), on peut écrire une réaction acide base :

CH3Co2H(aq) = CH3CO2–(aq) + H+ NH3(aq) + H+ = NH4+(aq) __________________________________ CH3CO2H(aq) + NH3(aq) = CH3CO2–(aq) + NH4+(aq)

Liste : H3O+(aq) / H2O(l) ion oxonium et eau CH CO H / CH CO – acide éthanoïque et ion éthanoate 3 2 (aq) 3 2 (aq) NH + / NH ion ammonium et ammoniac 4 (aq) 3(aq) H O / HO– eau et ion hydroxyde

2 (l) (aq)

• Potentiel hydrogène noté exclusivement pH : Si [H3O+] ≤ 0,1 mol·L-1 et [H3O+] est en mol·L-1 alors pH = – log [H3O+] Conséquence : [H3O+] = 10-pH mol·L-1 • Oxydant : espèce chimique capable de capter un ou plusieurs électrons e–. • Réducteur : espèce chimique capable de céder un ou plusieurs électrons e–. • Couple oxydant réducteur : ensemble de deux espèces chimiques (O et R) qui se transforment l’une en l’autre par transfert d’électrons, selon la demi-équation électronique O + e– = R. • Réaction oxydant réducteur : Réaction qui consiste en l’échange d’électrons entre le réducteur d’un couple et l’oxydant d’un autre couple. I2(aq) + 2 e– = 2 I–(aq) 2 S2O32–(aq) = S4O62–(aq) + 2 e–

_____________________________________________________

I2(aq) + 2 S2O32–(aq) = 2 I–(aq) + S4O62–(aq)

Exemple : I2(aq) / I (aq) S4O62–(aq) / S2O32–(aq)

–

Liste : O2(g) / H2O(l) dioxygène et eau Fe3+(aq) / Fe2+(aq) ion fer (III) et ion fer (II) I2(aq) / I–(aq) diiode et ion iodure Cu2+(aq) / Cu(s) ion cuivre (II) et cuivre H+(aq) / H2(g) ou H3O+(aq) / H2(g) ion oxonium et dihydrogène H2O(l) / H2(g) eau et dihydrogène Fe2+(aq) / Fe(s) ion fer (II) et fer Zn2+(aq) / Zn(s) ion zinc et zinc

© Tous droits réservés Studyrama 2006

Fiche téléchargée sur www.studyrama.com

2

Fiche Cours

Nº : 37001

CHIMIE

Série S

conductivité est une l’étude des équilibres solution.Elle Lad’une solutiond’unesolutioncourantgrandeurphysiquefondamentalepourd’ions dans la solution,chimiquesenconduisent letraduitla facilité à conduire le électrique.Elle résulte de la présence seuls les ions courant électrique. Par définition la conductivité est où I est l’intensité du courant qui circule dans la solution contenue dans la cellule du conductimètre, U la tension aux bornes de la cellule, L la largeur de la cellule et S la surface d’une électrode de la cellule. On montre que où λi est la conductivité molaire ionique en S·m2·mol-1 et [Xi] la concentration molaire de l’ion i en

mol·m-3 et σ est en S·m-1. C’est cette dernière formule qui est généralement utilisée. Attention dans la sommation, il ne faut faire

intervenir que les ions mais tous les ions.

II - Méthodologie

L’étude des transformations de systèmes chimiques montre par l’expérience que les réactions ne sont que très rarement totales. Les réactifs ne disparaissent pas complètement. L’avancement n’atteint pas sa valeur maximale. Dans l’état final du système chimique, au niveau macroscopique, les concentrations des réactifs et des produits sont stables. C’est pourquoi on parle d’équilibre chimique. Ceci n’est compréhensible que si l’on admet que la réaction peut se faire dans les deux sens par rapport à l’écriture de l’équation. Exemple : Soit un acide AH, sa base conjuguée est A–, c’est le couple AH(aq) / A–(aq) : AH(aq) = A–(aq) + H+. L’échange d’hydron peut être finalisé avec le couple H3O+(aq) / H2O(l) : H2O(l) + H+ = H3O+(aq). On en déduit l’équation AH(aq) + H2O(l) = A–(aq) + H3O+(aq). Si cette réaction est totale, alors le réactif limitant est l’acide AH, puisque l’eau est le solvant. Si on apporte niAH = 1 mmol d’acide pour un volume de solution V = 1 L alors [AH]i = 1 mmol·L-1 alors xf = xmax et nfAH = 0. Or nfAH = niAH – xmax. On en déduit que xmax = niAH = 1 mmol. Puis que nfH3O+ = xmax = 1 mmol, d’où finalement [H3O+]f = 1 mmol·L-1 et pHtot = – log 1·10-3 = 3. Prenons l’acide éthanoïque CH3CO2H : CH3CO2H(aq) + H2O(l) = CH3CO2–(aq) + H3O+(aq). Si on apporte initialement niCH CO H = 1 mmol pour V = 1 L de solution, alors on mesure expérimentalement que pHéq = 3,9. Or 3 2 [H3O+]f = 10-pHéq et par ailleurs nfH O+ = [H3O+]f · V et nfH O+ = xf. On en déduit alors que xf = 10-3,9 × 1 = 0,13 mmol. Il apparaît que xf < 3 3 xmax et pHéq > pHtot dans le cas de l’acide éthanoïque. Dans cette situation, il y a équilibre entre l’eau avec l’acide éthanoïque et l’ion oxonium avec l’ion éthanoate. Au niveau microscopique, la réaction se poursuit mais autant dans un sens que dans l’autre ; ceci fait que les quantités macroscopiques ne varient pas. L’équilibre est dynamique. • Avancement maximal, xmax : ce serait l’avancement final, si la réaction considérée était totale. Il est déterminé par un calcul théorique après avoir déterminé le réactif limitant. • Avancement final, xf : c’est l’avancement final réel quand l’équilibre est atteint. xf est toujours inférieur à xmax en valeur absolue. Il est déterminé par la mesure d’une grandeur à l’équilibre, comme le pH, la conductivité, l’absorbance…, suivi d’un calcul. • Taux d’avancement final, τ :

, τ est sans unité et 0 ≤ τ ≤ 1.

Plaçons-nous dans une situation assez générale : l’équilibre entre A avec B et C avec D (A, B, C et D sont quatre espèces dont on ne précise pas la formule moléculaire). L’équation de la réaction peut s’écrire : (1) α A + β B = γ C + δ D ou bien (2) γ C + δ D = α A + β B où α, β, γ et δ sont les nombres stoechiométriques qui assurent que l’équation est bien ajustée.

© Tous droits réservés Studyrama 2006

Fiche téléchargée sur www.studyrama.com



Fiche Cours

Nº : 37001

CHIMIE

Série S

Ces deux écritures sont équivalentes mais en (1) A et B sont appelés réactifs, et C et D sont appelés produits alors qu’en (2) c’est le contraire. D’autre part si pour atteindre l’état d’équilibre, la réaction se fait en partant de A