Le modèle réactionnel correspondant peut donc s'écrire :

A + B = C + D (1)

Mélangeons n_A,i moles de A , n_B,i moles de B , n_C,i moles de C et n_D,i moles de D (L'indice i est utilisé pour désigner une quantité initiale) . Question : comment évoluera le système chimique ?

Différentes possibilités sont envisageables :

* Si les espèces introduites sont telles que Q_r,i = Q_r,eq = K , alors le système est dès le départ dans un état d'équilibre . Macroscopiquement , le système n'évoluera pas .

* Des espèces A et B peuvent réagir entre elles et disparaître au profit de C et D

* Des espèces C et D peuvent réagir entre elles et disparaître au profit de A et B

L' évolution est prévisible : un critère nous permettra de répondre à la question posée .

On étudie la réaction mettant en jeu 2 couples acide/base : HCOOH/HCOO^- (pK_a,1 = 3,8) et CH₃COOH/CH₃COO^- (pK_a,2 = 4,8).

Les 4 espèces sont mélangées . Sans préjuger du sens dans lequel se déroule la tansformation , l'équation de la réaction s'écrit :

HCOOH + CH₃COO^- = HCOO^- + CH₃COOH (1)

Q1)Ecrire le quotient de réaction Q_r associé à cette réaction

Q2)L'équilibre chimique traduit par l'équation (1) n'est pas le seul susceptible d'exister lorsqu'on mélange les différentes espèces en solution aqueuse .Quelles sont les autres ?Ecrire les équations correspondantes et calculer leurs constantes d'équilibre .

La comparaison des valeurs des constantes d'équilibre permet de ne tenir compte que de l'équilibre (1) .

On utilise des solutions d'acide méthanoïque, d'acide éthanoïque, de méthanoate de sodium et d'éthanoate de sodium de même concentration C=0,1 mol.L^-1 .

On prépare des solutions S et S' en mélangeant des volumes déterminés V₁ d'acide méthanoïque, V₂ de méthanoate de sodium , V₃ d'acide éthanoïque et V₄ d'éthanoate de sodium .

Q3)Montrer que

Q4)En déduire Q_r,i en vonction des volumes versés .

La mesure du pH des mélanges permet de déterminer le rapport des espèces conjuguées à l'équilibre grace à la relation

pour le couple AH/A^- .

Q5)Déterminer les rapports et à l'équilibre en fonction du pH et du pK_a du couple .

Solution S : on mélange 10 mL de chacune des 4 solutions (volume total : 40 mL)

Solution S' : V₁= 2 mL d'acide méthanoïque ; V₂ = 10 mL de méthanoate de sodium ; V₃= 20 mL d'acide éthanoïque et V₄ = 2 mL d'éthanoate de sodium .

Q6)Recopiez le tableau ci-dessus sur votre copie et complétez le .

Q7)Coparez Q_r,f et K pour les deux mélanges

Q9)En considérant le rapport Q_r,i/K peut-on prévoir le sens de l'évolution ? Détaillez votre réponse .

On réalise les mélanges :

S₁ : 5 mL de chlorure de fer III FeCl₃ et 5 mL de sulfate de fer II FeSO₄ (couple Fe³⁺/Fe²⁺)

S₂ : 5 mL de diiode et 5 mL d'iodure de potassium (couple I₂/I^-).

On mélange S₁ et S₂ .

Q12)Ecrire la réaction rédox qui s'est produite lorsque vous avez mélangé S1 et S₂ . Justifiez votre réponse à partir de votre observation (Q10)

Q13)Donnez l'expression du coefficient de réaction Q_r associé à cette réaction .

Q14)Calculer Q_r,i dans l'état initial .

Q15)La constante d'équilibre associée à cette réaction est K=5 10⁷ . Comparer Q_r,i à K . Le sens de l'évolution spontanée de la réaction était-il prévisible ?

3)Quantité d'acide méthanoïque introduite dans le mélange :

Quantité d'ions méthanoates introduits dans le mélange :

Et par conséquent

L'autre relation se démontre de façon identique .

4)

5)

8) En se reportant au tableau , il est clair que :

* Pour la solution S :

Cela signifie qu'en évoluant vers l'état d'équilibre , la réaction s'est faite de gauche à droite

Le fait que

confirme le résultat établi précedemment .

* Pour la solution S' , la réaction s'est faite de droite à gauche .

9)Nous retiendrons :

Ce que nous pouvons schématiser de la façon suivante :

10)La solution brunit ce qui montre expérimentalement que la quantité de diiode augmente dans le milieu réactionnel .

11)

Fe³⁺ + e = Fe²⁺

12)

2Fe³⁺ + 2I^- = I₂ + 2Fe²⁺ : formation de diiode .

13)

14)

 15)