L’expression dépend de l’écriture de l’équation de la réaction. La valeur dépend des concentrations des espèces dissoutes dans l’état considéré du système.

Qr,éq = K

Comment évolue Qr au cour d’une transformation chimique ?

A) solution d’acide acétique + acétate de sodium.

V_A = 20,0 ml, c = 1,00.10^-2 mol.l^-1 (acide), PH_A = 4,8

B) solution d’acide formique et de formiate de sodium (c)

V_B = 20 ml, PH_B = 3,8

A) + B) : on obtient PH = 4,3

Equation de la réaction associée à la transformation chimique qui à lieu lors du mélange :

HCOOH + CH₃COO^- = HCOO^- + CH₃COOH

K = [HCOO^-]_éq.[ CH₃COOH]_éq / [HCOOH]_éq.[ CH₃COO^-]_éq

On multiplie par [H₃O⁺] / [H₃O⁺] : K = Ka2 / Ka1 = 10^-3,8 / 10^-4,8

On peut suivre l’évolution en étudiant l’évolution des concentrations des espèces de couples CH3COOH/CH3COO- et HCOOH/HCOO- au cour de la réaction.

[A^-]/[AH] = Ka/[H₃O⁺] = 10^PH-pKa

Dans quel sens le système A) + B) a t-il évolué à partir des valeurs de PH ?

A) [CH₃COO^-]_A / [CH₃COOH]_A = C/C = 1,0

B) [ HCOO-]_B / [HCOOH]_B = C/C = 1,0

Après mélange, avant toute réaction : ( ne pas oublié la dilution avant toute réaction)

[CH₃COO^-]_i(A+B) = C*V_A / (V_A + V_B)

Þ [CH₃COO^-]_i(A+B) / [CH₃COOH]_i(A+B) = [CH₃COO^-]_A / [CH₃COOH]_A =1,0

PH_f(A+B) = 4,3

Le système a donc évolué dans le sens de formation de CH₃COOH et HCOO^- et de la consommation de CH₃COO^- et de HCOOH c'est-à-dire dans le sens direct de l’équation de la réaction.

Détermination du Qr - dans l’état initial du système (A+B)

- dans son état final.

= 1

or PH_f (A+B) = 4,3

Rappel : [A^-]/[AH] = Ka/[H₃O⁺] = 10^PH-pKa permet de calculer [CH₃COO^-]_f(A+B) / [CH₃COOH]_f(A+B) = 10^{4,3 – 4,8} = 10^-0,5 = 0,32

De même on trouve que [HCOO^-]_f(A+B) / [HCOOH]_f(A+B) = 32

Qr,f =[ HCOO-]_f(A+B).[CH₃COOH]_f(A+B) / [HCOOH]_f(A+B) .[CH₃COO^-]_f(A+B)

= 3,2 / 0,32 = 10 = K

Le système étudié a évolué spontanément vers un état d’équilibre.

Etat initial : Etat final :

[CH₃COOH]_i(A+B) = [CH₃COO^-]_i(A+B) [CH₃COOH]_f(A+B) ³ [CH₃COO^-]_f(A+B)

Qr,i = 1 Qr,f = 10

Qr

Qr,i Qr,f

1 10

Lors de la transformation Qr croit.

Un système évolue t-il toujours dans le même sens ?

Soit A’ solution d’acide acétique (c = 1,0.10^-2 mol.l^-1 ) et d’acétate de sodium ( c’ = 1,0.10^-3 mol.l^-1 ). V_A’ = 20 ml, PH_A = 3,8

Soit B’ solution d’acide formique ( c’ = 1,0.10^-3 mol.l^-1 ) et de formiate de sodium (c = 1,0.10^-2 mol.l^-1 ). PH_B’ = 4,8, V_B’ = 20 ml

Þ On mélange A’ et B’ PH _(A’+B’) = 4,3

Dans quels sens le système a-t-il évolué ?

HCOOH + CH₃COO^- = HCOO^- + CH₃COOH

On sait que K = 10 ( voir activité précédente)

PH_A = 3,8 Þ [CH₃COO^-]_A’ / [CH₃COOH]_A’ = 10^{PH – pKa} = 10^{3,8 – 4,8} = 0,1

PH_B’ = 4,8 Þ [HCOO^-]_B’ / [HCOOH]_B’ = 10^{Ph – pKa} = 10^{4,8 – 3,8} = 10

On sait que la dilution qui se produit lors du mélange des solutions A’ et B’ avant toute réaction ne modifie pas le quotient [B]/[A] ( avec B :base et A : acide)

Þ [CH₃COO^-]_i(A’+B’) /[CH₃COOH]_i(A’+B') =[CH₃COO^-]_A’/[CH₃COOH]_A’= 0,1

Þ Avant toute réaction [CH₃COO^-]_i(A’+B’) = 0,1 [CH₃COOH]_i(A’+B')

De même [HCOO^-]_i(A’+B’) = 10 [HCOOH]_i(A’+B’)

Dans l’état final du système (A’+B’) après réaction PH_f = 4,3

Utilisation du diagramme des espèces acide base pour déterminé l’évolution des concentrations de ces espèces.

3,8 4,3 4,8 PH Etat initial Etat final [CH₃COO^-]

= [ CH₃COOH]

Lorsque l’on passe de l’Etat initial à l’état final la concentration de CH₃COOH diminue et celle de CH₃COO^- augmente.

Le système a évolué dans le sens de la consommation de CH₃COOH et de HCOO^- et de la formation de CH₃COO^- et de HCOOH. C'est-à-dire dans le sens inverse de l’équation de la réaction. Donc un système peut évoluer dans des sens diffèrent selon les conditions initiales.

Que vaut le Qr :

dans l’état initial du système A’+B’

dans l’état final.

Qr,i = 10/0,1 = 100

Qr,f = 3,2/0,32 = 10 = K

(Pour trouver Qr,i ou Qr,f, on utilise[B]/[A] = 10^PH-pKa)

Le système étudié à donc évolué spontanément vers un état d’équilibre.

Evolution dans les sens inverse

K=10 100 = Qr,i Qr

Lors de la transformation Qr diminue.

Observe t-on toujours une évolution du système ?

Soit A ‘’ une solution d’acide acétique de concentration c = 10^-2 mol.l^-1 et d’acétate de sodium de concentration c’ = 3,2.10^-3 mol.l^-1

V_A’’ = 20 ml PH_A’’ = 4,3

Soit B’’ une solution d’acide formique de concentration c = 10^-2 mol.l^-1 et de formiate de sodium de concentration c’’ = 3,2.10^-3 mol.l^-1

PH_B’’ = 4,3 V_B’’ = 20 ml

On mélange PH (A’’+B’’)f = 4,3

Même question.

Il n’ y a pas d’évolution du système considère.

Qr,i = Qr,f= Qr,eq = K

Le critère d’évolution permet de prévoir le sens de la transformation qui se produit lors du mélange d’une solution d’acide acétique et d’acétate de sodium avec une solution d’ammoniac et de chlorure d’ammonium.

On donne pKa = 4,8 pour CH₃COOH/CH₃COO^-

PKa = 9,2 pour NH₄⁺/NH₃

Ce système peut être le siège de la réaction d’équation :

CH₃COOH + NH₃ = CH₃COO^- + NH₄⁺

K = 10^-4,8 / 10^-9,2 = 2,5.10⁴

Soit le système initial tel que :

Þ Qr,i = 0,50

Le système devrait évoluer dans le sens direct de l’équation de la réaction, c'est-à-dire avec consommation d’acide éthanoïque et ammoniac.

CH₃COOH CH₃COO^- NH₄⁺ NH₃

4,8 PH_f 9,2 PH

5,2

L’expérience vérifie la théorie car PH_f appartient au domaine de prédominance de CH₃COO^- et NH₄⁺