Constante d'équilibre, équation d'oxydoréduction, produit de solubilité, concours ingénieur En poursuivant votre navigation sur ce site, vous acceptez l’utilisation de Cookies vous proposant des publicités adaptées à vos centres d’intérêts. . . Exercice 1. La constante de dissociation de l'acide méthanoïque HCOOH est égale à 2 10-4. Ecrire l'équation de l'équilibre chimique de cet acide dans l'eau. HCOOH aq + H2O(l) = HCOO-aq + H3O+aq. Donner l'expression de la constante d'équilibre. Ka = [HCOO-][H3O+] / [HCOOH] . Calculer le pKa de l'acide méthanoïque. pKa = -log Ka = -log(2 10-4) =3,7. Calculer le pH d'une solution d'acide méthanoïque de concentration c = 10-2 mol/L. avancement volumique(mol/L) HCOOH aq + H2O(l) = HCOO-aq + H3O+aq initial 0 c solvant 0 0 à l'équilibre x c-x=10-2-x x x 2 10-4 = x2/(10-2-x) ; 2 10-6-2 10-4 x = x2. x2+2 10-4 x- 2 10-6=0. D = 4 10-8+8 10-6 =8,04 10-6 ; D½ =2,8355 10-3. Racine positive : x =½(2,8355 10-3-2 10-4) =1,318 10-3. [H3O+aq]~1,32 10-3 mol/L ; pH = -log(1,32 10-3) = 2,88 ~2,9. Exercice 2: équilibrer les équations suivantes : CN-+MnO4-+H2O = CNO-+MnO2+OH-. Bilan sur l'élément hydrogène : CN-+MnO4-+H2O = CNO-+MnO2+2OH-. Bilan des charges : 3CN-+2MnO4-+H2O = 3CNO-+2MnO2+2OH- C2H5OH + Cr2O72-+H+ = C2H4O2 +Cr3+ +H2O. Nombre d'oxydation du carbone dans C2H5OH : 2x+6-2 =0 soit x =-2. Nombre d'oxydation du carbone dans C2H4O2 : 2x+4-4=0 soit x = 0. Variation : 2*2 = 4 pour deux atomes de carbone. Nombre d'oxydation de l'élément chrome dans Cr2O72- : 2y-7*2 = -2 soit y = 6 Nombre d'oxydation du chrome dans Cr3+ : 3 Variation 2*3 = 6 pour deux atomes de chrome. Par suite : 6C2H5OH + 4Cr2O72-+H+ = 6C2H4O2 +8Cr3+ +H2O. Bilan des charges : 6C2H5OH + 4Cr2O72-+32H+ = 6C2H4O2 +8Cr3+ +H2O. Bilan sur l'élément hydrogène : 6C2H5OH + 4Cr2O72-+32H+ = 6C2H4O2 +8Cr3+ +22H2O. . . MnO4-+ H2O2 + H+ = Mn2+ +O2 +H2O. Le nombre d'oxydation du manganèse passe de 7 dans MnO4- à 2 dans Mn2+ : variation  5. Le nombre d'oxydation de l'élément oxygène passe de -1 dans H2O2 à 0 dans O2 : variation 1. Par suite : 2MnO4-+ 5H2O2 + H+ = 2Mn2+ +O2 +H2O. Bilan des charges : 2MnO4-+ 5H2O2 + 6H+ = 2Mn2+ +O2 +H2O. Bilan sur l'élément hydrogène : 2MnO4-+ 5H2O2 + 6H+ = 2Mn2+ +O2 +8H2O. Bilan sur l'élément oxygène : 2MnO4-+ 5H2O2 + 6H+ = 2Mn2+ +5O2 +8H2O. MnO2+KOH+KClO3 = K2MnO4 +KCl + H2O. Le nombre d'oxydation du manganèse passe de 4 dans MnO2 à 6 dans K2MnO4  : variation de 2. Le nombre d'oxydation de l'élément chlore passe de 5 dans KClO3 à -1 dans KCl : variation 6. Par suite : 3MnO2+KOH+KClO3 = 3K2MnO4 +KCl + H2O. Bilan sur l'élément potassium : 3MnO2+6KOH+KClO3 = 3K2MnO4 +KCl + H2O. Bilan sur l'élément hydrogène : 3MnO2+6KOH+KClO3 = 3K2MnO4 +KCl + 3H2O. PbO2 +H3O+ +Mn2+ = MnO4- +Pb2+ +H2O. Le nombre d'oxydation de l'élément manganèse passe de 2 dans Mn2+ à 7 dans MnO4- : variation de 5. Le nombre d'oxydation de l'élément plomb passe de 4 dans PbO2 à 2 dans Pb2+: variation de 2. Par suite : 5PbO2 +H3O+ +2Mn2+ = 2MnO4- +5Pb2+ +H2O. Bilan des charges : 5PbO2 +4H3O+ +2Mn2+ = 2MnO4- +5Pb2+ +H2O. Bilan sue l'élément hydrogène : 5PbO2 +4H3O+ +2Mn2+ = 2MnO4- +5Pb2+ +6H2O. . Exercice 3. Ecrire la constante de l'équilibre suivant. NH3+H2O = NH4+ +HO-. K = [NH4+][HO-] / [NH3]. Sachant que K = 1,8 10-5 à 23°C, calculer le coefficient de dissociation de l'ammoniaque si la concentration initiale en ammoniaque était c = 1 mol/L. avancement volumique ( mol/L) NH3 +H2O = NH4+ +HO- initial 0 c =1 solvant 0 0 à l'équilibre x c-x x x 1,8 10-5 = x2 /(1-x) ; 1,8 10-5 -1,8 10-5x = x2 ; x2 +1,8 10-5x-1,8 10-5 =0 D = (1,8 10-5)2+4*1,8 10-5 =7,2000324 10-5 ; D½ =8,485300 10-3. Racine positive : ½(-1,8 10-5+8,485300 10-3) =4,23365 10-3. Coefficient de dissociation : [NH4+] / c = 4,23 10-3. Exercice 4. On dispose initialement d'une solution 0,1 M de sulfate ferreux à pH = 2.On y ajoute progressivement de la soude. A quelle valeur du pH observera-t-on un précipité d'hydroxyde ferreux ? Ks(Fe(OH)2) = 1,6 10-14. Fe(OH)2 s = Fe2+aq + 2HO-aq. 1,6 10-14=[Fe2+aq][HO-aq]2 avec [Fe2+aq] =0,1 mol/L en début de précipitation. Par suite : [HO-aq]2 =1,6 10-14/0,1 = 1,6 10-13 ; [HO-aq] =4,0 10-7 mol/L. [H3O+aq] = 10-14 / (4,0 10-7) =2,5 10-8 mol/L ; pH =-log(2,5 10-8 ) =7,6. Exercice 5. Calculer le potentiel de chacune des électrodes suivantes à 25°C par rapport au potentiel de l'électrode normale à hydrogène. Lame d'argent dans une solution de nitrate d'argent à 10-3 mol/L. Ag+aq + e- = Ag(s). E = E°(Ag+aq/Ag(s) +0,06 log [Ag+aq]. E = 0,80 +0,06 log10-3 =0,62 V. Lame d'argent plongeant dans une solution de chlorure de potassium à 10-2 mol/L, saturée de chlorure d'argent. Ks(AgCl) = 1,6 10-10. La concentration des ions chlorures est  voisine de 10-2 mol/L ; par suite celle des ions argent est : [Ag+aq] =Ks(AgCl) /[Cl-] = 1,6 10-10 / 10-2 =1,6 10-8 mol/L. E = E°(Ag+aq/Ag(s) +0,06 log [Ag+aq]. E = 0,80 +0,06 log(1,6 10-8)=0,33 V. Exercice 6. Calculer le Ks à 25°C du fluorure de calcium CaF2, sachant qu'à cette température la solubilité est 2,14 10-4 mol/L. CaF2(s) = Ca2+aq + 2F-aq. Ks = [Ca2+aq][F-aq]2 avec [Ca2+aq] = s = 2,14 10-4 mol/L. La solution est électriquement neutre : 2[Ca2+aq] = [F-aq]. Ks = s(2s)2 = 4s3 =4(2,14 10-4)3 =3,92 10-11. On réalise une solution de magnésie Mg(OH)2 à 25°C. Ks(Mg(OH)2) = 5,9 10-12. Calculer la solubilité en mol/L et g/L de la magnésie. Mg(OH)2 (s) = Mg2+aq +2HO-aq.(1) Ks = [Mg2+aq][HO-aq]2 ; on pose s =[Mg2+aq] ; par suite [HO-aq]= 2s. Ks =4s3 ; s =  (0,25 *5,9 10-12)1/3 =1,1384 10-4 ~1,14 10-4 mol/L. M(magnésie) = 24,3+2*(16+1) = 58,3 g/mol ; s = 1,14 10-4 *58,3 =6,6 10-3 g/L. Calculer le pH de la solution. pH = 14 + log [HO-aq] = 14 + log(2,28 10-4) =10,4. On ajoute 0,1 mol de soude à 1 L de solution saturée de magnésie. Que se passe-t-il ? Calculer la nouvelle solubilité de la magnésie. L'équilibre (1) est déplacé dans le sens indirect, précipitation de la magnésie. La soude étant en large excès, [HO-aq] ~0,1 mol/L. Par suite : [Mg2+aq] =Ks / [HO-aq]2= 5,9 10-12 / 0,01 = 5,9 10-10 mol/L.

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