894my-CHIMIE DES SOLUTIONS MPSI

Lycée technique Mohamed V
Centre des classes préparatoires
Béni Mellal
M.P.S.I
COURS DE CHIMIE
MPSI
CHIMIE DES SOLUTIONS
EL FILALI SAID

TABLE DES MATIÈRES CHIMIE DES SOLUTIONS-M.P.S.I
Table des matières
1Réactions chimiques 3
1.1 Définitions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 3
1.2 L’avancement de la réaction ξ....................... 3
1.3 Le quotient de la réaction Qr........................ 4
1.4 La constante d’équilibre K......................... 4
1.5 Critère de l’évolution ............................ 5
1.6 Quelques propriétés utiles de la constante d’équilibre K. . . . . . . . 5
2RÉACTIONS ACIDO-BASIQUES 7
2.1 Définitions . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
2.2 Constante d’acidité KA........................... 8
2.3 Domaine de prédominance ........................ 11
2.4 Aspet quantitatif d’une réaction chimique acide base A/B . . . . . . 12
3RÉACTIONS DE COMPLEXATION 14
3.1 Couple donneur/Accepteur ......................... 14
3.2 Nomenclature des complexes ....................... 15
3.2.1 Nom de quelques ligands usuels ................. 15
3.2.2 Applications ............................. 15
3.3 Constante de formation-constante de dissociation . . . . . . . . . . . 15
3.4 Tableau des valeurs des log βià 25 oC. . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
3.5 Domaine de prédominance ......................... 18
3.6 Applications ................................. 18
3.6.1 Complexation du cuivre II ...................... 18
3.6.2 Dosage compléxométrique ..................... 19
4RÉACTIONS DE PRÉCIPITATIONS 21
4.1 Couple Donneur/Accepteur ......................... 21
4.2 L’étude quantitative ............................. 21
4.2.1 Produit de solubilité ......................... 21
4.2.2 La solubilité ............................. 22
4.2.3 Domaine d’existence ........................ 23
4.2.4 Application (Voir TD) ......................... 23
4.3 Facteurs de la solubilité .......................... 24
4.3.1 Influence de la température .................... 24
4.3.2 Influence de l’ion commun ..................... 24
4.3.3 Influence du pH de la solution . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
4.3.4 Influence de la complexation ................... 29
4.3.5 stabilité relative d’un précipité . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
5Réactions d’oxydo-réduction 32
5.1 Équilibres redox ............................... 32
5.1.1 Couples redox ............................ 32
5.1.1.1 Définitions ......................... 32
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TABLE DES MATIÈRES CHIMIE DES SOLUTIONS-M.P.S.I
5.1.1.2 Le nombre d’oxydation n.o . . . . . . . . . . . . . . . 32
5.1.1.3 Applications ........................ 32
5.1.2 Couples redox de l’eau ....................... 34
5.2 Piles électrochimiques ............................ 34
5.2.1 Définitions .............................. 34
5.2.2 Pile Daniell .............................. 35
5.2.3 Potentiel de l’électrode ....................... 36
5.2.4 Potentiel standard .......................... 36
5.2.5 Électrode de Calomel Saturé(E.C.S)(Hg2Cl2/Hg). . . . . . . . . 38
5.2.6 Formule de Nerst .......................... 38
5.3 Prévision d’une réaction redox ....................... 39
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CHIMIE DES SOLUTIONS-M.P.S.I
1Réactions chimiques
1.1 Définitions
Soit un système ,siège d’une réaction chimique dont l’équation chimique est :
ν1A1+ν2A2+···(1) ⇋
(2) ν′
1A′ 1+ν′ 2A′ 2+···
◮(1) dit sens direct et (2) sens indirect.
◮Airéactif et A′
iproduit .
◮νcœfficient stœchiométrique.
Remarque : L’équation précédente peut s’écrire sous la forme :
N
X
i=1
νiAi= 0
avec :½νi<0pour les réactifs
νi>0pour les produits
1.2 L’avancement de la réaction ξ
Lorsque le système évolue pendant le temps dt , la quantité de matière varie.
prenons l’exemple suivant :
αA +βB (1) ⇋
(2) γC +δD
tonA(to)nB(to)nC(to)nD(to)
to+dt nA(to+dt)nB(to+dt)nC(to+dt)nD(to+dt)
•Si nr´eactif (to)< nr´eactif (to+dt)⇐⇒ nproduit(to)> nproduit(to+dt) =⇒sens indirect c’est
à dire sens (2).
•Si nr´eactif (to)> nr´eactif (to+dt)⇐⇒ nproduit(to)< nproduit(to+dt) =⇒sens direct c’est
à dire sens (1).
•On pose : dn(X) = nX(to+dt)−nX(to)variation élémentaire de la quantité de
matière de l’élément X, qui peut être positive ou négative.
•On appelle l’avancement élémentaire dξ de la réaction la quantité
dξ =1
νdn(X) (en mol)
avec ν > 0pour les produits et ν < 0pour les réactifs.
Donc pour la réaction :
αA +βB (1) ⇋
(2) γC +δD
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1.3 Le quotient de la réaction QrCHIMIE DES SOLUTIONS-M.P.S.I
on a :
−dn(A)
α=−dn(B) β=dn(C) γ=dn(D) δ=dξ
(α, β, γ, δ)∈R∗4
+.
Cette quantité est indépendante des constituants Ai; elle caractérise le déroule-
ment de la réaction dans le système étudié.
L’avancement d’une réaction ξest borné entre ξmin et ξmax ; en effet :supposons que
Aest un réactif donc ξ(A) = −1
α(nA(t)−nA(t= 0)) donc :
◮ξmin =1
α(nA(t= 0) −nA(t→ ∞))
◮ξmax =nA(t= 0)
α
On retient que ξvérifie :
ξmin 6ξ6ξmax
1.3 Le quotient de la réaction Qr
Soit la réaction chimique : ν1A1+ν2A2+···(1) ⇋
(2) ν′
1A′
1+ν′
2A′
2+···
On appelle le quotient de la réaction avec toutes les espèces sont en solution
diluée la grandeur sans dimension Qrdéfinie par :
Qr=³[A′
1]
Co´ν′
1³[A′
2]
Co´ν′
2···
³[A1]
Co´ν1³[A2] Co´ν2···
=
N
Q
i=1 ³[A′
i]
Co´ν′
i
N
Q
i=1 ³[Ai]
Co´νi
Avec : Co= 1 mol/ℓ la concentration standard.
On tire que le quotient de la réaction est une grandeur sans dimension qui dépend
des concentrations de toutes les espèces en solution ainsi la température.
Remarque :
Pour ne pas alourdir l’expression du quotient de la réaction ,on remplace la concen-
tration standard par sa valeur sans oublier que le quotient de la réaction est une
grandeur sans dimension.
1.4 La constante d’équilibre K
Lorsque le système évolue alors les concentrations varient jusqu’à l’avancement
de la réaction atteint sa valeur limite ξ∞et les concentrations restent constantes :
on dit que le système est dans un état d’équilibre.
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