Quotient initial, constante d'équilibre : critère d'évolution bac S

Couples acide base. On considère les 4 solutions suivantes, de même concentration , notée C= 0,10 mol/L. S1 : acide méthanoïque : 10 mL + méthanoate de sodium : 20 mL ; pH=4,0. S2 : acide éthanoïque : 25 mL + éthanoate de sodium : 5,0 mL ; pH=4,1. S3: acide méthanoïque : 1,0 mL + méthanoate de sodium : 10 mL ; pH=4,8. S4 : acide éthanoïque : 10 mL +éthanoate de sodium : 1,00 mL ; pH=3,8. Couples acide base : HCOOH / HCOO- : pKa1 = 3,8 ; CH3COOH / CH3 COO- : pKa2 = 4,8 ; La solution S est obtenue en mélangeant S1 et S2 ; S' en mélangeant S3 et S4. Etablir un tableau d'avancement pour S1 ; en déduire le taux d'avancement final t1.   Volume total V =10+20 = 30 mL avancement (mmol) HCOOH +H2O = HCOO- +H3O+ initial 0 10*0,1 = 1 solvant en large excès 20*0,1 =2 10-4 V = 3 10-3 en cours x 1-x 2+x 3 10-3 +x fin ( si réaction totale) xmax=1 1-xmax =0 2+xmax 3 10-3 +xmax fin ( si réaction limitée) xéq 1-xéq 2+xéq 3 10-3 +xéq HCOOH + H2O = HCOO- + H3O+ ; K= [H3O+]éq[HCOO- ]éq / [HCOOH]éq = 10-3,8. [H3O+]éq = (3 10-3 +xéq)/V ; [HCOO- ]éq = (2+xéq)/V ; [HCOOH]éq =(1-xéq)/V. 10-3,8= (3 10-3 +xéq) (2+xéq) / [ V(1-xéq)] 10-3,8*0,03 (1-xéq) = (3 10-3 +xéq) (2+xéq) ; x2éq +2,003xéq+5,995 10-3=0 ; D½ = 1,997 ; xéq=3 10-3 mmol. t1= xéq /xmax=3 10-3 (0,3 %) L'eau réagit-elle avec les entités acido-basique des solutions S1 ? Qr, i= [H3O+]i[HCOO- ]i / [HCOOH]i =10-4 * 20/10 = 2 10-4. K = 10-3,8 = 1,58 10-4 ; Qr, i> K : donc évolution dans le sens indirect, droite vers la gauche.   L'eau réagit-elle avec les entités acido-basique des solutions S2, S3 et S4 ? S2 : CH3COOH + H2O = CH3 COO- + H3O+ ; K= 10-4,8 = 1,58 10-5. Qr, i= [H3O+]i[CH3COO- ]i / [CH3COOH]i =10-4,1*5/25 = 1,58 10-5. K= Qr, i : le système est à l'équilibre.    S3 : HCOOH + H2O = H COO- + H3O+ ; K= 10-3,8. Qr, i= [H3O+]i[HCOO- ]i / [HCOOH]i =10-4,8*10/1 = 10-3,8. K= Qr, i : le système est à l'équilibre. S4 : CH3COOH + H2O = CH3 COO- + H3O+ ; K= 10-4,8. Qr, i= [H3O+]i[CH3COO- ]i / [CH3COOH]i =10-3,8*1/10= 10-4,8. K= Qr, i : le système est à l'équilibre. Donner l'équation de la réaction modélisant la transformation éventuelle dans S. Couples acide base : HCOOH / HCOO- : pKa1 = 3,8 ; CH3COOH / CH3 COO- : pKa2 = 4,8 ; HCOOH +CH3 COO- =HCOO- +CH3COOH. Donner l'équation de la réaction modélisant la transformation éventuelle dans S'. HCOOH +CH3 COO- =HCOO- +CH3COOH. Exprimer puis calculer les constantes d'équilibre.  K = [HCOO- ][CH3COOH] / ([CH3 COO-][HCOOH]) Or Ka1 =[HCOO- ] [H3O+] / [HCOOH] d'où [HCOO- ] /[HCOOH] =Ka1 /[H3O+] Or Ka2 =[CH3COO- ] [H3O+] / [CH3COOH] d'où [CH3COOH] /[CH3COO- ]=[H3O+] /Ka2. Repport dans K : K = Ka1 /Ka2 = 10-3,8 / 10-4,8 = 10. Indiquer le sens d'évolution. Qr, i= [HCOO- ]i[CH3COOH]i / ([CH3 COO-]i[HCOOH]i) S : Qr, i= 20*25/(5*10) =10 ; Qr, i= K : système à l'équilibre. S' : Qr, i= 10*10/(1*1) =100 ; Qr, i> K : évolution dans le sens indirect. Tartre et calcaire. Le tartre et le calcaire contiennent du carbonate de calcium CaCO3, peu soluble dans l'eau.  CaCO3(s) = Ca2+aq + CO32- aq. (1) En présence de CO2 dissout, la réaction suivante se produit :   CO32- aq+CO2 +H2O = 2HCO3-. (2) K = 103,9. Couples acide / base : CO2 +H2O / HCO3- pKa2 = 6,4 ; HCO3- / CO32- pKa1 = 10,3 Retrouver la valeur de K. K = [HCO3-][HCO3-] / ([CO32-][CO2 +H2O]) . CO2 +H2O + H2O =  HCO3- +H3O+ Ka2 =[HCO3-][H3O+] / [CO2 +H2O] soit : [HCO3-] / [CO2 +H2O] = Ka2 /[H3O+] HCO3- + H2O =  CO32- + H3O+ Ka1 =[ CO32-][H3O+] /[HCO3-] soit : [HCO3-]/[ CO32-] =[H3O+] /Ka1. Repport dans K : K = Ka2 /Ka1 = 10-6,4 / 10-10,3 = 103,9. Préciser l'évolution du système (2) si l'eau si CO2 dissout augmente. Qr, i = [HCO3-]i [HCO3-]i / ([CO32-]i [CO2 +H2O]i ). Qr, i diminue si [CO2 +H2O] augmente ; Qr, i devient inférieur à K. Le système évolue dans le sens de la consommation de CO2 : sens direct Préciser l'évolution du système (2) si l'eau si la température augmente. La solubilité de CO2 diminue quand la température augmente. Qr, i augmente si [CO2 +H2O] diminue ; Qr, i devient supérieur à K. Le système évolue dans le sens de l'augmentation de CO2 : sens indirect Préciser l'évolution du système (2) si l'eau si CO2 dissout diminue. Qr, i augmente si [CO2 +H2O] diminue ; Qr, i devient supérieur à K. Le système évolue dans le sens de l'augmentation de CO2 : sens indirect

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