Lors de cette expérience, on étudie la réaction acide‑base entre l'acide éthanoïque \text{CH}_3\text{COOH(aq)} et l'eau. Cet acide est le soluté majoritaire du vinaigre.

Il est notamment utilisé au quotidien pour enlever les traces de calcaire et détartrer les bouilloires.

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Doc. 2
Quotient de réaction

On considère une réaction chimique d'équation :

a \: \mathrm{A}(\mathrm{aq})+b \: \mathrm{B}(\mathrm{aq}) \rightleftarrows c \: \mathrm{C}(\mathrm{aq})+d \: \mathrm{D}(\mathrm{aq})

Le quotient de réaction Q_\text{r} est défini par la relation :

Q_{r}=\frac{\left(\frac{[\mathrm{C}]}{c^{\circ}}\right)^{c} \cdot\left(\frac{[\mathrm{D}]}{c^{\circ}}\right)^{d}}{\left(\frac{[\mathrm{A}]}{c^{\circ}}\right)^{a} \cdot\left(\frac{[\mathrm{B}]}{c^{\circ}}\right)^{b}}

Q_\text{r} : quotient de réaction
[\text{A}], [\text{B}], [\text{C}] et [\text{D}] : concentrations des espèces en solution (mol·L^-1)
a, b, c, d : coefficients stœchiométriques
c^{\circ} : concentration standard égale à c^{\circ} = 1 mol·L^-1

Seules les concentrations des espèces dissoutes en solution interviennent dans l'expression. Les espèces chimiques sous forme solide, notées (s), ou le solvant, composé liquide majoritaire, noté (l), n'apparaissent pas.

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Doc. 3
Matériel nécessaire

Quatre béchers de 25 mL
pH‑mètre étalonné
Quatre solutions d'acide éthanoïque de concentration en soluté apporté :
c_1 = 1{,}0 \times 10^{-3} mol⋅L^-1
c_2 = 2{,}0 \times 10^{-3} mol⋅L^-1
c_3 = 5{,}0 \times 10^{-3} mol⋅L^-1
c_4 = 1{,}0 \times 10^{-2} mol⋅L^-1
Conductimètre étalonné

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Données

Conductivités molaires ioniques à 25 °C :
\lambda (\text{H}_\text{3}\text{O}^\text{+}) = 34{,}98 \times 10^{-3} S⋅m²⋅mol^-1 et
\lambda(\text{CH}_\text{3} \text{COO}^-) = 4{,}10 \times 10^{-3} S⋅m²⋅mol^-1

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Questions

Compétence(s)

RAI/ANA : Élaborer un protocole
RAI/MOD : Modéliser une transformation
VAL : Analyser des résultats

1. Écrire l'équation de réaction entre l'acide éthanoïque \text{CH}_3\text{COOH(aq)} et l'eau \text{H}_2\text{O(l)}.

2. Exprimer le quotient de réaction Q_\text{r} associé à cette réaction.

3. À l'aide des expressions littérales, dresser le tableau d'avancement de la réaction.

	Avancement	+	\rightarrow	+
État initial	x=0 mol
État intermédiaire	x
État final	x_\text{max}

4. Exprimer la concentration en quantité de matière des ions oxonium [\text{H}_3\text{O}^+] en fonction de la conductivité de la solution et des conductivités molaires ioniques.

5. À l'équilibre, exprimer les concentrations [\text{CH}_3\text{COOH]}_\text{eq} en fonction de [\text{H}_3\text{O}^+]_\text{eq}.

6. Proposer un protocole pour déterminer le quotient de réaction à l'équilibre, noté K.

7. Calculer K pour chacune des solutions d'acide. Comparer les valeurs obtenues à partir des quatre solutions d'acide avec des concentrations initiales différentes.

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Synthèse de l'activité

En déduire l'influence des conditions initiales sur la valeur du quotient de réaction à l'équilibre, appelée plus simplement constante d'équilibre et notée K.

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Constante d'équilibre

Doc. 1Réaction étudiée

Doc. 2Quotient de réaction

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Données

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