Équilibre chimique : TP de sciences physiques en terminale

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Une solution d’acide éthanoïque de plus en plus diluée voit-elle son taux d’avancement changer ? Et la constante d’équilibre ? Ce TP sur l’équilibre chimique te propose de répondre en mesurant le pH de quatre solutions de concentrations différentes, puis en calculant τ et Q_r,éq pour chacune.

Ce TP est à télécharger en PDF et à imprimer gratuitement : le bouton se trouve en bas de la page, sans inscription.

Sommaire

Objectif du TP sur l’équilibre chimique

Montrer que le taux d’avancement final de la réaction d’un acide faible avec l’eau dépend de la concentration, alors que Q_r,éq reste constant et vaut K.

Matériel

Solution S₀ d’acide éthanoïque à 1,0 × 10⁻¹ mol·L⁻¹
Trois fioles jaugées de 100,0 mL avec bouchon
Pipette jaugée de 10,0 mL et propipette
Quatre béchers de 50 mL étiquetés
pH-mètre avec électrode et solutions tampons d’étalonnage (pH 4 et 7)
Eau distillée, pissette, papier absorbant
Calculatrice ou tableur

Sécurité

Port obligatoire de la blouse, des lunettes et des gants. L’acide éthanoïque, même dilué, irrite les yeux et la peau : en cas de projection, rincer abondamment à l’eau. Ne jamais pipeter à la bouche ; rincer l’électrode à l’eau distillée entre deux mesures et la garder humide.

Protocole

Mesure du pH d’une solution d’acide éthanoïque avec un pH-mètre étalonné.

Étalonner le pH-mètre avec les solutions tampons, rincer l’électrode.
Verser environ 30 mL de S₀ (c = 1,0 × 10⁻¹ mol·L⁻¹) dans un bécher et mesurer son pH quand la valeur est stable.
Prélever 10,0 mL de S₀ avec la pipette jaugée, les verser dans une fiole de 100,0 mL, compléter à l’eau distillée jusqu’au trait de jauge, boucher et homogénéiser : on obtient S₁ (c = 1,0 × 10⁻² mol·L⁻¹).
Mesurer le pH de S₁ après rinçage de l’électrode.
Préparer de même S₂ (1,0 × 10⁻³ mol·L⁻¹) à partir de S₁, puis S₃ (1,0 × 10⁻⁴ mol·L⁻¹) à partir de S₂.
Mesurer le pH de S₂ puis de S₃, en allant du plus dilué au plus concentré pour limiter la contamination.
Reporter les valeurs dans le tableau ; calculer [H₃O⁺], τ puis Q_r,éq.

Mesures à relever

Solution	c (mol·L⁻¹)	pH mesuré	[H₃O⁺] (mol·L⁻¹)	τ (%)	Q_r,éq
S₀	1,0 × 10⁻¹
S₁	1,0 × 10⁻²
S₂	1,0 × 10⁻³
S₃	1,0 × 10⁻⁴

Repère à compléter avec tes quatre points (log c ; τ).

Questions

1. Écris l’équation de la réaction de l’acide éthanoïque avec l’eau et l’expression de Q_r.
2. Explique pourquoi [CH₃COO⁻] = [H₃O⁺] à l’état final et pourquoi x_max = c × V.
3. Complète le tableau : [H₃O⁺] = 10^−pH, τ = [H₃O⁺] ÷ c, Q_r,éq = [H₃O⁺]² ÷ (c − [H₃O⁺]).
4. Place les points (log c ; τ) dans le repère et décris l’évolution de τ avec la dilution.
5. Compare les valeurs de Q_r,éq. Que peux-tu en conclure ?
6. Calcule la valeur moyenne de Q_r,éq et l’écart relatif maximal avec cette moyenne.
7. Pourquoi faut-il mesurer le pH du plus dilué au plus concentré et rincer l’électrode entre deux mesures ?

Pour aller plus loin

Mesurer la conductivité des mêmes solutions et retrouver τ avec les conductivités molaires ioniques.
Refaire l’étude avec une solution d’ammoniac et comparer sa constante à celle de l’acide éthanoïque.