Exercice III: De la chimie ... De la chimie, vous dis-je ! (6,5 points)

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Exercice III : DE LA CHIMIE .... DE LA CHIMIE VOUS DIS-JE !(6,5 points) 1. Autoprotolyse de l'eau 1.1. L'équation d'autoprotolyse de l'eau est : H2O + H2O = H3O+ + HO(
réponse 1.1.2 1.2. La constante d'équilibre KE est appelée produit ionique de l'eau.
réponse 1.2.3 1.3. La constante d'équilibre associée à l'équation d'autoprotolyse de
l'eau est la constante d'acidité du couple (H2O / HO() car : H2O + H2O =
HO( + H3O+ K
Avec K = [pic]= KE réponse 1.3.1
2.1. La vitesse volumique v = [pic] est maximale à la date t = 0.
réponse 2.1.2
En effet, le volume V du mélange réactionnel étant constant, v varie comme
[pic]. Or [pic] est le coefficient directeur de la tangente à la courbe
x(t) en un point donné (en rouge). La courbe montre qu'à t = 0, la tangente
est la plus « pentue » donc [pic]est maximal à t = 0. Ainsi la vitesse
volumique est maximale à t = 0. 2.2. La courbe 3 montre un avancement final xfinal = 0,6 mol donc égal à
l'avancement maximal.
On étudie ici la réaction entre un acide carboxylique et un alcool lors
d'un mélange équimolaire à 0,6 mol. La réaction d'estérification étant
limitée, l'avancement final xf est forcément inférieur à l'avancement
maximal xmax = 0,6 mol.
La courbe 3 ne peut donc pas être obtenue dans les conditions décrites.
réponse 2.2.3 2.3. L'ester obtenu est le méthanoate de propyle.
réponse 2.3.3 3.1. Si A est limitant alors : 0,40 - 2 xmax = 0 ( xmax = 0,20 mol
Si B est limitant alors : 0,30 - xmax = 0 ( xmax = 0,30 mol
Le réactif limitant est donc A (plus petite valeur de xmax) et xmax = 0,20
mol.
Dans l'état final, la quantité du produit C est : 2 xf = 0,10 mol soit xf =
0,05 mol.
Le taux d'avancement final est : [pic]
[pic]= 0,25 réponse 3.1.1
3.2. La constante d'équilibre K ne dépend que de la température.
réponse 3.2.3
3.3. Le taux d'avancement final dépend à la fois de la constante
d'équilibre K et de la composition initiale du système.
réponse 3.3.1
4.1. Lors de la préparation de la solution aqueuse l'acide AH a réagi de
façon totale avec l'eau suivant l'équation AH + H2O = A- + H3O+. Lors du
titrage les ions oxonium H3O+ réagissent avec les anions hydroxyde HO(.
L'ion Na+ étant spectateur et l'anion HO- jouant le rôle d'une base alors
la réaction de titrage est : H3O+ + HO( = 2 H2O. réponse 4.1.2 4.2.
La méthode des tangentes permet de déterminer les coordonnées du point
équivalent E :
vBE = 50 mL et pHE = 7,0. Pour un titrage colorimétrique, l'indicateur
coloré choisi doit avoir sa zone de virage qui contienne le pH à
l'équivalence. Le seul indicateur coloré possible est ici le bleu de
bromothymol dont la zone de virage est [6,0 - 7,6]. réponse
4.2.1 5.1. Le montage permet de réaliser une électrolyse. En effet, le générateur
de tension impose le sens du courant (sens borne + vers borne ( à
l'extérieur du générateur), donc celui des électrons (sens borne ( vers
borne + à l'extérieur du générateur) et par conséquent le sens de la
transformation.
réponse 5.1.2 5.2. La borne positive du générateur « pompe » des électrons, qui sont
fournis par la lame de plomb selon la demi-équation électronique : Pb =
Pb2+ + 2e(. Ainsi la masse de cette lame diminue au cours du temps. Les
deux lames étant initialement identiques, on observe après quelques
minutes, la situation du montage du 5.2.2. réponse
5.2.2 6.1. En considérant l'équation donnée Pb2+ (aq) + Fe(s) = Pb(s) + Fe2+ (aq)
, déterminons le sens d'évolution spontanée du système. Qr,i = [pic] =
[pic] = 4,0(10-2+3 = 40