CHIMIE DES SOLUTIONS

Description

• cours - matière : chimie

Lycée technique Mohamed V Centre des classes préparatoires Béni Mellal M.P.S.I COURS DE CHIMIE MPSI CHIMIE DES SOLUTIONS EL FILALI SAID

• h2po−4
• hso−4 hso−4 ⇄
• pk par pk
• h2o ⇄
• c0 avec c0
• hpo2−4
• réaction chimique
• réactions chimiques
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• eau

Sujets

• Chimie
• Réaction
• Constante
• Avancement
• Quotient

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Extrait

Lycée technique Mohamed V
Centre des classes préparatoires M.P.S.I
Béni Mellal
COURS DE CHIMIE
MPSI
CHIMIE DES SOLUTIONS
EL FILALI SAIDTABLE DES MATIÈRES CHIMIE DES SOLUTIONS-M.P.S.I
Table des matières
1 Réactions chimiques 3
1.1 Définitions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.2 L’avancement de la réaction ξ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.3 Le quotient de la réactionQ . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4r
1.4 La constante d’équilibreK . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 4
1.5 Critère de l’évolution . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1.6 Quelques propriétés utiles de la constante d’équilibreK . . . . . . . . 5
2 RÉACTIONS ACIDO-BASIQUES 7
2.1 Définitions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
2.2 Constante d’aciditéK . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8A
2.3 Domaine de prédominance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 11
2.4 Aspet quantitatif d’une réaction chimique acide base A/B . . . . . . 12
3 RÉACTIONS DE COMPLEXATION 14
3.1 Couple donneur/Accepteur . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
3.2 Nomenclature des complexes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
3.2.1 Nom de quelques ligands usuels . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
3.2.2 Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
3.3 Constante de formation-constante de dissociation . . . . . . . . . . . 15
o3.4 Tableau des valeurs des logβ à 25 C . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17i
3.5 Domaine de prédominance . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
3.6 Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
3.6.1 Complexation du cuivre II . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
3.6.2 Dosage compléxométrique . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
4 RÉACTIONS DE PRÉCIPITATIONS 21
4.1 Couple Donneur/Accepteur. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
4.2 L’étude quantitative . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
4.2.1 Produit de solubilité . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 21
4.2.2 La solubilité . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
4.2.3 Domaine d’existence . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
4.2.4 Application (Voir TD) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 23
4.3 Facteurs de la solubilité . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
4.3.1 Influence de la température . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
4.3.2 Influence de l’ion commun . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
4.3.3 Influence du pH de la solution . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
4.3.4 Influence de la complexation . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
4.3.5 stabilité relative d’un précipité . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
5 Réactions d’oxydo-réduction 32
5.1 Équilibres redox . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
5.1.1 Couples redox . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
5.1.1.1 Définitions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
CPGE/Béni Mellal Page -1- -SAID EL FILALI-TABLE DES MATIÈRES CHIMIE DES SOLUTIONS-M.P.S.I
5.1.1.2 Le nombre d’oxydationn.o . . . . . . . . . . . . . . . 32
5.1.1.3 Applications . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
5.1.2 Couples redox de l’eau . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
5.2 Piles électrochimiques . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
5.2.1 Définitions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
5.2.2 Pile Daniell . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 35
5.2.3 Potentiel de l’électrode . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
5.2.4 Potentiel standard . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
5.2.5 Électrode de Calomel Saturé(E.C.S)(Hg Cl /Hg) . . . . . . . . . 382 2
5.2.6 Formule de Nerst . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 38
5.3 Prévision d’une réaction redox . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 39
CPGE/Béni Mellal Page -2- -SAID EL FILALI-CHIMIE DES SOLUTIONS-M.P.S.I
1 Réactions chimiques
1.1 Définitions
Soit un système ,siège d’une réaction chimique dont l’équation chimique est :
(1)
′ ′ ′ ′ν A +ν A +···⇋ν A +ν A +···1 1 2 2 1 1 2 2
(2)
◮ (1) dit sens direct et (2) sens indirect.
′◮ A réactif et A produit .i i
◮ ν cœfficient stœchiométrique.
Remarque : L’équation précédente peut s’écrire sous la forme :
NX
νA = 0i i
i=1
½
ν < 0 pour les réactifsi
avec :
ν > 0 pour les produitsi
1.2 L’avancement de la réaction ξ
Lorsque le système évolue pendant le temps dt , la quantité de matière varie.
prenons l’exemple suivant :
(1)
αA + βB ⇋ γC + δD
(2)
t n (t ) n (t ) n (t ) n (t )o A o B o C o D o
t +dt n (t +dt) n (t +dt) n (t +dt) n (t +dt)o A o B o C o D o
•Sin (t )<n (t +dt)⇐⇒n (t )>n (t +dt) =⇒sensindirectc’estre´actif o re´actif o produit o produit o
à dire sens (2).
• Si n (t ) > n (t +dt)⇐⇒ n (t ) < n (t +dt) =⇒ sens direct c’estre´actif o re´actif o produit o produit o
à dire sens (1).
• On pose : dn(X) = n (t + dt)− n (t ) variation élémentaire de la quantité deX o X o
matière de l’élément X, qui peut être positive ou négative.
•On appelle l’avancement élémentaire dξ de la réaction la quantité
1
dξ = dn(X) (en mol)
ν
avec ν > 0 pour les produits et ν < 0 pour les réactifs.
Donc pour la réaction :
(1)
αA + βB ⇋ γC + δD
(2)
CPGE/Béni Mellal Page -3- -SAID EL FILALI-1.3 Le quotient de la réactionQ CHIMIE DES SOLUTIONS-M.P.S.Ir
on a :
dn(A) dn(B) dn(C) dn(D)
− =− = = =dξ
α β γ δ
∗4(α,β,γ,δ)∈R .+
Cette quantité est indépendante des constituants A ; elle caractérise le déroule-i
ment de la réaction dans le système étudié.
L’avancementd’uneréactionξ estbornéentreξ etξ ;eneffet:supposonsquemin max
1
A est un réactif donc ξ(A) =− (n (t)−n (t = 0)) donc :A A
α
1
◮ ξ = (n (t = 0)−n (t→∞))min A A
α
n (t = 0)A
◮ ξ =max
α
On retient que ξ vérifie :
ξ 6ξ6ξmin max
1.3 Le quotient de la réactionQr
(1)
′ ′ ′ ′Soit la réaction chimique : ν A +ν A +···⇋ν A +ν A +···1 1 2 2 1 1 2 2
(2)
On appelle le quotient de la réaction avec toutes les espèces sont en solution
diluée la grandeur sans dimensionQ définie par :r
³ ´ ′³ ´ ′³ ´ ′ ′′ ′ N νν ν Q [A ] i[A ] 1 [A ] 2 i1 2
···
CC C i=1 oo oQ = =r ³ ´ ³ ´ ³ ´ν ν N1 2 νi[A ] [A ] Q [A ]1 2 i···
C C Co o i=1 o
Avec : C = 1mol/ℓ la concentration standard.o
On tire que le quotient de la réaction est une grandeur sans dimension qui dépend
des concentrations de toutes les espèces en solution ainsi la température.
Remarque :
Pournepasalourdirl’expressionduquotientdelaréaction,onremplacelaconcen-
tration standard par sa valeur sans oublier que le quotient de la réaction est une
grandeur sans dimension.
1.4 La constante d’équilibre K
Lorsquelesystèmeévoluealorslesconcentrationsvarientjusqu’àl’avancement
de la réaction atteint sa valeur limite ξ et les concentrations restent constantes :∞
on dit que le système est dans un état d’équilibre.
CPGE/Béni Mellal Page -4- -SAID EL FILALI-1.5 Critère de l’évolution CHIMIE DES SOLUTIONS-M.P.S.I
On pose :
N ′Q ν′ i[A ]eqi
i=1
Q (t→ +∞) =Q (T) = =K(T)r eq NQ νi[A ]eqi
i=1
C’est la loi d’action de masse dite aussi loi deGuldberg et Waage .
K(T) : est une grandeur sans unité qui ne dépend que de la température , appelée
constante d’équilibre.
On définit lepK par
−pKpK =−logK⇐⇒K = 10
SiK est grand alorspK est petit et vice versa
1.5 Critère de l’évolution
Soitune réactionchimiquedontlequotientdelaréactionestQ etdeconstanter
d’équilibreK :
◮ SiQ =K :le système n’évolue pas ,il est dans son état d’équilibre.r
◮ SiQ >K :le système évolue dans le sens indirect c’est à dire sens (2).r
◮ SiQ <K :le système évolue dans le sens direct c’est à dire sens (1).r
1.6 Quelques propriétés utiles de la constante d’équilibre K
•Soit la réaction chimique :
(1)
αA + βB ⇋ γC + δD
(2)
⊲
1
K =direct
Kindirect
p⊲ Si on multiplie cette équation par un réel p alors :K = (K)p
•SoientdeuxréactionschimiquesR etR chacuneestcaractériséeparsaconstante1 2
d’équilibreK etK alors :1 2
K1
⊲ K(R +R ) =K ×K et ⊲ K(R −R ) =1 2 1 2 1 2
K2
•Soit ξ l’avancement d’un