La constante d’équilibre KLa constante d’équilibre Kcc

Vérification de la validité de la loi Vérification de la validité de la loi d’action de masse, sur une réaction.d’action de masse, sur une réaction.

Rappel sur le calcul du pHRappel sur le calcul du pH

Le pH, mesure de la concentration en ions HLe pH, mesure de la concentration en ions H+ + d’une d’une solution, se calcule de la façon suivante:solution, se calcule de la façon suivante:

- log - log 10 10 [ H[ H+ + ] = pH] = pH

1010-pH-pH = [H = [H++]]

Ainsi, une solution de Ainsi, une solution de pH = 5,64pH = 5,64 a une a une concentration en ions concentration en ions HH+ + = 2,3 x 10= 2,3 x 10-6-6 mol/L mol/L..

Et une solution de concentration Et une solution de concentration 2,5 x 102,5 x 10-2-2 mol/L mol/L d’ions Hd’ions H++ aura un aura un pH = 1,6pH = 1,6..

RappelRappel: : Le pH n’a pas d’unité.Le pH n’a pas d’unité.

Les électrolytes forts et faiblesLes électrolytes forts et faibles

Les électrolytes forts sont des substances Les électrolytes forts sont des substances qui, lorsque mises en solution, se qui, lorsque mises en solution, se dissocient dissocient totalementtotalement..

ex.: NaCl ex.: NaCl (s) (s) Na Na+ + (aq)(aq)

+ Cl+ Cl- - (aq)(aq) etet

HCl HCl (g) (g) H H+ + (aq)(aq)

+ Cl+ Cl- - (aq)(aq)

Les électrolytes forts et faiblesLes électrolytes forts et faibles

Les électrolytes faibles sont des substances qui, Les électrolytes faibles sont des substances qui, lorsque mises en solution, se dissocient lorsque mises en solution, se dissocient partiellementpartiellement. Un équilibre s’établit entre la . Un équilibre s’établit entre la forme dissociée et non dissociée de la forme dissociée et non dissociée de la substance.substance.

ex.: Ca(OH)ex.: Ca(OH)22 (s) (s) Ca Ca2+ 2+ (aq)(aq)

+ 2 OH+ 2 OH- - (aq)(aq)

etet

CHCH33COOH COOH (aq) (aq) H H+ + (aq)(aq)

+ CH+ CH33COOCOO- - (aq)(aq)

Nous utiliserons donc cette dernière Nous utiliserons donc cette dernière équation pour notre démonstration.équation pour notre démonstration.

Il s’agit de la dissociation de l’acide acétique. Il Il s’agit de la dissociation de l’acide acétique. Il en résulte des protons Hen résulte des protons H++ et des ions acétate. et des ions acétate.

CHCH33COOH COOH (aq) (aq) H H+ + (aq)(aq)

+ CH+ CH33COOCOO- - (aq)(aq)

À l’inverse, à partir d’ions acétate et de À l’inverse, à partir d’ions acétate et de protons, on peut former de l’acide acétique.protons, on peut former de l’acide acétique.

Situation initialeSituation initiale

D’abord, je pipette un volume de 100 mL de D’abord, je pipette un volume de 100 mL de solution d’acétate de sodium 1,00 mol/L et le solution d’acétate de sodium 1,00 mol/L et le dépose dans un bécher de 250 mL.dépose dans un bécher de 250 mL.

Il n’a que des CHIl n’a que des CH33COOCOO- - (aq)(aq)

présents dans la présents dans la solution. (Les ions Nasolution. (Les ions Na++ sont négligés ici car ils sont négligés ici car ils ne sont pas impliqués dans l’équilibre.)ne sont pas impliqués dans l’équilibre.)

J’ajoute 20 mL de solution de HCl 1,00 mol/L à J’ajoute 20 mL de solution de HCl 1,00 mol/L à la solution d’acétate de sodium et j’agite bien. Il la solution d’acétate de sodium et j’agite bien. Il s’agit d’une source de Hs’agit d’une source de H++, les Cl, les Cl-- étant négligés. étant négligés.

En réactionEn réaction

Tel que le prédit le principe de Le Châtelier, Tel que le prédit le principe de Le Châtelier, le système dont l’équilibre est modifié, réagit le système dont l’équilibre est modifié, réagit de manière partielle et opposée.de manière partielle et opposée.

Ainsi, l’ajout des HAinsi, l’ajout des H++ force le système à force le système à consommer une partie de ces ions qui se consommer une partie de ces ions qui se lieront aux ions acétate pour former de lieront aux ions acétate pour former de l’acide acétique.l’acide acétique.

CHCH33COOCOO- - (aq)(aq)

+ H+ H+ + (aq) (aq) CH CH33COOHCOOH

(aq)(aq)

A l’équilibreA l’équilibre

Il ne restera qu’une infime proportion Il ne restera qu’une infime proportion d’ions H+ car la presque totalité aura d’ions H+ car la presque totalité aura réagi. réagi.

La concentration d’ions acétate aura La concentration d’ions acétate aura diminué et celle de l’acide acétique aura diminué et celle de l’acide acétique aura augmenté.augmenté.

La concentration d’ions HLa concentration d’ions H++ à l’équilibre à l’équilibre peut être déterminée par la lecture du pH.peut être déterminée par la lecture du pH.

Voyons maintenant le lien avec le Voyons maintenant le lien avec le KKcc

La constante d’équilibre, KLa constante d’équilibre, Kcc, est le résultat du , est le résultat du

rapport du produit des concentrations des rapport du produit des concentrations des produits sur le produit des concentrations des produits sur le produit des concentrations des réactifs.réactifs.

Selon l’équation aA + bB Selon l’équation aA + bB cC + dD cC + dD

Le KLe Kcc se calcule : se calcule :

][][][][BADC

K ba

dc

cx

x

Comment connaître la quantité Comment connaître la quantité d’ions Hd’ions H++ qui réagiront ? qui réagiront ?

En mesurant le pH de la solution, on trouve la En mesurant le pH de la solution, on trouve la quantité d’ions H+ à l’équilibre.quantité d’ions H+ à l’équilibre.

Connaissant la quantité initiale, on peut, par Connaissant la quantité initiale, on peut, par soustraction, déterminer quelle quantité aura soustraction, déterminer quelle quantité aura réagi et donc quelle sera la concentration de réagi et donc quelle sera la concentration de l’acide acétique formé.l’acide acétique formé.

CHCH33COOCOO- - (aq)(aq)

+ H+ H+ + (aq) (aq) CH CH33COOHCOOH

(aq)(aq)

][][

][

3

3

HCOOCH

COOHCHK

xc

Si les concentrations changent, Si les concentrations changent, qu’adviendra-t-il du Kqu’adviendra-t-il du Kcc ? ?

Regardons l’exemple précédent à l’aide des résultats hypothétiques.Regardons l’exemple précédent à l’aide des résultats hypothétiques.

Nous préparerons une solution à partir de 100 mL d’acétate de Nous préparerons une solution à partir de 100 mL d’acétate de sodium et 20 mL d’acide chlorhydrique. Nous ajouterons, à cette sodium et 20 mL d’acide chlorhydrique. Nous ajouterons, à cette solution 20 mL d’acide chlorhydrique, à trois reprises,en prenant soin solution 20 mL d’acide chlorhydrique, à trois reprises,en prenant soin de lire le pH.de lire le pH.

Nous poserons l’hypothèse suivante:Nous poserons l’hypothèse suivante:

LA VALEUR DU KLA VALEUR DU KCC EST PAR DÉFINITION EST PAR DÉFINITION

UNE CONSTANTE DONC DEMEURERA UNE CONSTANTE DONC DEMEURERA INCHANGÉE MALGRÉ L’AJOUT DE HINCHANGÉE MALGRÉ L’AJOUT DE H++..

Il faut absolument mettre les concentrations en Il faut absolument mettre les concentrations en mol/L avant d’effectuer les calculs associés au mol/L avant d’effectuer les calculs associés au KKcc..

Par exemple, dans le bécher préparé plus tôt, il Par exemple, dans le bécher préparé plus tôt, il y avait 20 mL de HCl 1 M donc 0,02 mol de H+ y avait 20 mL de HCl 1 M donc 0,02 mol de H+ qui ont été ajoutés au volume de solution qui ont été ajoutés au volume de solution d’acétate de sodium (100 mL).d’acétate de sodium (100 mL).La concentration résultante était de 0,02 mol / La concentration résultante était de 0,02 mol / (100 mL+20 mL) = 0,17 mol/L.(100 mL+20 mL) = 0,17 mol/L.

Tableau des résultatsTableau des résultats

MélangeMélange pHpH [H[H++]]

100 mL NaCH100 mL NaCH33COCO2 2 + 20 mL de HCl+ 20 mL de HCl 5,35,3 5,0 x 105,0 x 10-6-6

120 mL de mélange + 20 mL de HCl120 mL de mélange + 20 mL de HCl 4,94,9 1,3 x 101,3 x 10-5-5

140 mL de mélange + 20 mL de HCl140 mL de mélange + 20 mL de HCl 4,54,5 3,2 x 103,2 x 10-5-5

160 mL de mélange + 20 mL de HCl160 mL de mélange + 20 mL de HCl 4,14,1 7,9 x 107,9 x 10-5-5

Exemple pour la première solutionExemple pour la première solution

Système à Système à l’équilibrel’équilibre HH+ +

(aq) (aq) + + CHCH33COOCOO- - (aq)(aq)

CH CH33COOHCOOH(aq)(aq)

Au départ Au départ (en mol/L)(en mol/L) 1,7 x 101,7 x 10-1-1 8,3 x 108,3 x 10-1-1 00

Réaction Réaction (en mol/L)(en mol/L) 1,7 x 101,7 x 10-1-1 1,7 x 101,7 x 10-1-1 1,7 x 101,7 x 10-1-1

À l’équilibre À l’équilibre (en mol/L)(en mol/L) 5,0 x 105,0 x 10-6-6 6,6 x 106,6 x 10-1-1 1,7 x 101,7 x 10-1-1

Exemple pour la deuxième solutionExemple pour la deuxième solution

Système à Système à l’équilibrel’équilibre

HH+ + (aq) (aq) + + CHCH33COOCOO- -

(aq)(aq) CH CH33COOHCOOH(aq)(aq)

Au départ Au départ (en mol/L)(en mol/L) 1,4 x 101,4 x 10-1-1 9,2 x 109,2 x 10-2-2 2,4 x 102,4 x 10-2-2

Réaction Réaction (en mol/L)(en mol/L) 1,4 x 101,4 x 10-1-1 1,4 x 101,4 x 10-1-1 1,4 x 101,4 x 10-1-1

À l’équilibre À l’équilibre (en mol/L)(en mol/L) 1,3 x 101,3 x 10-5-5 6,4 x 106,4 x 10-1-1 1,5 x 101,5 x 10-1-1

Calcul de KCalcul de Kcc

Complétez les tableaux de la page 233 et Complétez les tableaux de la page 233 et concluez selon l’hypothèse de départ.concluez selon l’hypothèse de départ.

][][

][

3

3

HCOOCH

COOHCHK

xc