Aurélie 05/02

taux d'avancement et dilution

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 On mesure la conductivité de différentes solutions d'acide fluorhydrique HF :
solution
S1
S2
S3
concentration (mol/L)
0,01
10-3
10-4
conductivité s (S /m)
9 10-2
2,185 10-2
3,567 10-3
conductivité molaire ionique (S m² mol-1) : l H3O+ = 3,5 10-2 ; l éthanoate = 4,1 10-3.

  1. Ecrire la réaction de l'acide fluorhydrique avec l'eau.
  2. Déterminer la concentration des ions oxonium et des ions F- dans ces solutions.
  3. Montrer que le quotient de réaction dans l'état d'équilibre ne dépend pas de la concentration de la solution.
  4. Calculer le taux d'avancement de la réaction du fluorure d'hydrogène avec l'eau pour chaque solution.
    - Comment varie ce taux d'avancement avec la dilution ?

conductivité molaire ionique en Sm²/mol : l H3O+ =3,5 10-2 ; l F- = 5,54 10-3.

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corrigé
HF + H2O = F- + H3O+

La concentration des ion fluorure est égale à la concentration des ions oxonium : [F- ] =[H3O+]

les ions oxonium et fluorure contribuent à la conductivité de la solution :

s = (l H3O+ +l F- ) [H3O+]= ( 3,5 +0,554) 10-2 [H3O+] soit [H3O+] = s /4,05 10-2 = 24,67 s .

[H3O+] s'exprime en mol m-3 ; xf = [H3O+] 10-3 = 24,67 10-3 s mol.

solution
S1
S2
S3
concentration C (mol / m3)
10
1
0,1
conductivité s (S /m)
9 10-2
2,185 10-2
3,567 10-3
[H3O+] = 24,67 s (mol / m3)
2,22
0,54
0,088
quotient de réaction : à l'état d'équilibre

les concentrations s'expriment en mol/L dans ce calcul.

solution
S1
S2
S3
concentration C (mol / L)
10-2
10-3
10-4
[H3O+] (mol / L)
2,22 10-3
5,4 10-4
8,8 10-5
C-[H3O+] (mol / m3)
7,78 10-3
4,6 10-4
1,2 10-5
Qr,éq
6,3 10-4
6,3 10-4
6,4 10-4

d'après la dernière ligne du tableau, le coefficient de réaction dans l'état d'équilibre est constant, indépendant de la concentration initiale : ce coefficient représente la constante d'équilibre K associée à la réaction ci-dessus.

recherche de l'avancement maximal :
HF
+ H2O
= F-
+ H3O+
initial
C mol
solvant
0
0
en cours
C -x
x
x
final
C-xmax =0
xmax = C mol
xmax = C mol

pour 1 L de solution :

solution
S1
S2
S3
concentration C (mol / L)
10-2
10-3
10-4
xf = [H3O+] * 1 (mol)
2,22 10-3
5,4 10-4
8,8 10-5
xmax = C *1 (mol )
10-2
10-3
10-4
t = xf / xmax
0,22
0,54
0,88

le taux d'avancement final augmente lorsque la concentration en acide fluorhydrique diminue.

règle de Le Chatelier ou règle de modération:

en ajoutant de l'eau (un réactif) on déplace l'équilibre dans le sens "comsommation de l'eau", c'est à dire dissociation de l'acide faible en ion oxonium et fluorure.

par dilution, un acide faible se rapproche du comportement d'un acide fort.(t tend vers 1).

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