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    TP5' Chimie

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    Ce document décrit une expérience de chimie sur l'équilibre chimique d'un système acide-base par conductimétrie. Il présente le protocole expérimental, les mesures effectuées et analyse l'influence de la concentration initiale sur le taux d'avancement et le quotient de réaction à l'équilibre.

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    Correction du TP de chimie : Etude de l’état d’équilibre par conductimétrie.

    I] Préparation et mesures.

    1.1 Etude générale.

    Tableau d’avancement :
    Equation chimique CH3COOH(aq) + H 2O  CH3COO-(aq) + H3O+(aq)
    Etat du système x(mol) Quantité de matière (en mol)
    Etat initial 0 CxV Excès 0 0
    Etat intermédiaire x CxV-x Excès x x
    Etat final théorique xmax C x V - xmax = 0 Excès xmax xmax
    Etat final réel xf C x V – xf Excès xf xf

    D’après ce tableau d’avancement, on peut écrire :


     C x V - xmax = 0 soit C x V = xmax.
     xf = n(CH3COO-(aq))eq = n(H3O+(aq))eq.

    1.2 Préparation des solutions à étudier.

     S1 par dilution 5 fois de la solution mère. (Vp = 20 mL).


     S2 par dilution 10 fois de la solution mère (Vp = 10 mL).
     S3 par dilution 10 fois de la solution S1 (Vp = 10 mL).

    1.3 Mesure des conductivités.

    C (mol/L) C1 = 0,15 C2 = 0,075 C3 = 0,015


    σ (mS/cm) 0,637 0,450 0,200
    σ (S/m) 6,37.10-2 4,50.10-2 2,00.10-2

    II] Influence sur le taux d’avancement.

    1. CH3CO2H(l) + H2O(l) = CH3CO2-(aq) + H3O+(aq).

    2. D’après le tableau d’avancement : x(t) = n(CH3COO-(aq)) = n(H3O+(aq)). Or comme le


    volume V du mélange réactionnel reste constant, alors n(CH3COO-(aq)) / V = n(H3O+(aq)) /
    - +
    V soit [CH3CO2 ] = [H3O ] à tout instant.

    3. σ = λ(CH3CO2-) [CH3CO2-]eq + λ(H3O+) [H3O+]eq soit


    σ = [H3O+]eq x (λ(CH3CO2-) + λ(H3O+)).

    4. [H3O+]eq = [CH3CO2-]eq = σ / (λ(CH3CO2-) + λ(H3O+)) soit pour S1, [H3O+]eq1 =


    [CH3CO2-]eq1 = 6,37.10-2 / 3.91.10-2 = 1.63 mol/m3 = 1,63.10-3 mol/L.

    5. xf1 = n(H3O+(aq))eq1 = [H3O+]eq1 x V = 1,63.10-3 mol.

    6. C x V = xmax soit pour la S1, C1 x V = xmax1 = 0.15 mol.

    7. Comme le taux d’avancement d’une réaction est défini par τ = xf / xm alors τ1 =


    1,09.10-2 = 1,09 %.
    8. Pour la solution S2, [H3O+]eq2 = [CH3CO2-]eq2 = 1.15 mol/m3 = 1,15.10-3 mol/L, donc
    xf2 =1,15.10-3 mol et xmax2 = 7,5.10-2 mol, d’où τ2 = 1,53.10-2 = 1,53 %.

    Pour la solution S3, [H3O+]eq3 = [CH3CO2-]eq3 = 5,11.10-1 mol/m3 = 5,11.10-4 mol/L,


    donc xf3 =5,11.10-4 mol et xmax3 = 1,5.10-2 mol, d’où τ3 = 3,40.10-2 = 3,40 %.

    Conclusion : On constate que le taux d’avancement σ d’une réaction chimique dépend de


    la composition initiale du système (au plus c est petit, au plus σ est grand).

    III] Influence sur le quotient de réaction à l’équilibre.

    1. Qr,eq = [CH3CO2-]eq x [H3O+]eq / [CH3CO2H]eq = ([H3O+]eq)² / [CH3CO2H]eq.

    2. On sait que pour la solution S1, [H3O+]eq1 = [CH3CO2-]eq1 = 1,63.10-3 mol/L.

    3. D’après le tableau d’avancement de la réaction, n(CH3COOH)eq = C x V – xf = C x V –


    +
    n(H3O+(aq))eq, soit à volume constant, [CH3CO2H]eq = C - [H3O ]eq. Par conséquent
    + -1
    [CH3CO2H]eq1 = C1 - [H3O ]eq1 = 1,48.10 mol/L.

    4. Qr,eq1 = ([H3O+]eq1)² / [CH3CO2H]eq1 = 1,79.10-5.

    5. Pour la solution S2, [H3O+]eq2 = [CH3CO2-]eq2 = 1,15.10-3 mol/L, [CH3CO2H]eq2 =


    7,38.10-2 mol/L et Qr,eq2 = 1,79.10-5.

    Pour la solution S3, [H3O+]eq3 = [CH3CO2-]eq3 = 5,11.10-4 mol/L, [CH3CO2H]eq3 =


    1,45.10-2 mol/L et Qr,eq3 = 1,80.10-5.

    Conclusion : On constate que le quotient de réaction ne dépend pas de la composition


    initiale du système.

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