Terminale générale | Physique-Chimie | Durée : 15 min | /20
Dernière mise à jour : 21 octobre 2026, 11:05
On considère en solution aqueuse la réaction d'équation :
\(Fe^{2+}(aq) + Ag^{+}(aq) \rightleftarrows Fe^{3+}(aq) + Ag(s)\)
a) \(Q_r = \dfrac{[Fe^{3+}]}{[Fe^{2+}]\,[Ag^{+}]}\) (chaque concentration étant divisée par \(c^0=1\) mol·L\(^{-1}\), \(Q_r\) est sans dimension). (2,5 pts)
b) Les solides (et le solvant) n'interviennent pas dans \(Q_r\) : leur « activité » vaut 1. (1,5 pt)
c) À l'équilibre, le quotient de réaction prend la valeur de la constante d'équilibre : \(Q_{r,éq} = K\). (1 pt)
Pour la réaction de l'exercice 1, la constante d'équilibre vaut \(K = 3{,}2\) à 25 °C. On mélange des solutions de sorte que l'état initial soit :
| Espèce | \(Fe^{2+}\) | \(Ag^{+}\) | \(Fe^{3+}\) | \(Ag(s)\) |
|---|---|---|---|---|
| État initial | \(0{,}10\) mol·L\(^{-1}\) | \(0{,}10\) mol·L\(^{-1}\) | \(0{,}20\) mol·L\(^{-1}\) | présent |
a) \(Q_{r,i} = \dfrac{[Fe^{3+}]_i}{[Fe^{2+}]_i\,[Ag^{+}]_i} = \dfrac{0{,}20}{0{,}10 \times 0{,}10} = 20\). (3 pts)
b) Si \(Q_r < K\) : évolution spontanée dans le sens direct (\(Q_r\) augmente vers \(K\)) ; si \(Q_r > K\) : sens indirect (inverse) ; si \(Q_r = K\) : le système est à l'équilibre, pas d'évolution. (2,5 pts)
c) \(Q_{r,i} = 20 > K = 3{,}2\) : le système évolue dans le sens indirect (formation de \(Fe^{2+}\) et \(Ag^{+}\), consommation de \(Fe^{3+}\) et \(Ag\)), jusqu'à ce que \(Q_r = K\). (2,5 pts)
Une solution d'acide éthanoïque (vinaigre dilué) de concentration apportée \(c = 1{,}0\times10^{-2}\) mol·L\(^{-1}\) a un pH de 3,4 à 25 °C. La réaction avec l'eau s'écrit :
\(CH_3COOH + H_2O \rightleftarrows CH_3COO^- + H_3O^+\)
a) \(\tau = \dfrac{x_f}{x_{max}}\) : rapport de l'avancement final sur l'avancement maximal. \(\tau = 1\) pour une transformation totale, \(\tau < 1\) pour une transformation non totale. (2 pts)
b) \([H_3O^+]_f = 10^{-pH} = 10^{-3{,}4} \approx 4{,}0\times10^{-4}\) mol·L\(^{-1}\). \(\tau = \dfrac{x_f}{x_{max}} = \dfrac{[H_3O^+]_f}{c} = \dfrac{4{,}0\times10^{-4}}{1{,}0\times10^{-2}} = 4{,}0\times10^{-2} = 4{,}0\,\%\). (3,5 pts)
c) \(\tau \ll 1\) : la transformation est non totale (état d'équilibre). L'acide éthanoïque est un acide faible dans l'eau. (1,5 pt)
Total : 5 + 8 + 7 = 20 points.