• Mesurer la conductivité s d’une solution aqueuse d’un acide organique.
• En déduire les concentrations des espèces présentes dans l’état d’équilibre obtenu après réaction de cet acide avec l’eau et le quotient de réaction Q_r,éq pour cet état d’équilibre.
• Etudier l’influence de l’état initial sur Q_r,éq en utilisant des solutions de concentrations différentes du même acide.
• Etudier l’influence de la nature de l’acide.

On rappelle qu’un acide organique du type RCOOH réagit de façon limitée avec l’eau selon l’équation bilan :

RCOOH_(aq) +H₂O = RCOO^–_(aq) + H₃O⁺_(aq) (R désignant ici un groupement alkyle ou un noyau benzénique)

et le quotient de cette réaction pour un état du système à la date t est défini par :

• Un conductimètre mesure toujours la conductance G (en Siemens, de symbole S) de la portion de solution aqueuse ionique comprise entre les 2 plaques de sa cellule conductimétrique. La conductance dépend de la solution et des caractéristiques physiques de la cellule.

• La mesure de G permet de calculer la conductivité s (en S.m^–1 ) de la solution ionique grâce à la relation :
  s = k .G. k : constante de la cellule () en m^–1, L distance entre les plaques de la cellule en m et S, surface d’une plaque en m²

Certains conductimètres donnent G et il faut ensuite calculer s connaissant k

D’autres, comme ceux du lycée, font le calcul et affichent directement la valeur de s .

• s est une grandeur caractéristique d’une solution ionique :
  Pour une température donnée, elle dépend de la concentration des différents ions X_i qui la constituent et de leur conductivité molaire ionique l _i selon la formule :

s en S.m^–1 , l _i en S.m².mol^–1. et [X_i] en mol.m^–3

Donner la valeur de s _étalon en mS.m^–1 :………………………et en mS.cm^–1 :………………….

1) On dispose de 3 solutions d’acide acétique (ou éthanoïque) de concentrations différentes (voir tableau page 3), d’une solution d’acide méthanoïque de concentration 1,0.10^–2 mol.L^-1, d’une solution d’acide benzoïque de concentration 1,0.10^–2 mol.L^-1. Verser environ 50mL de chaque dans 5 béchers numérotés. Prévoir également un bécher de la solution étalon précédente puis un autre d’eau distillée.

2) Etalonner le conductimètre en mode compensé, pour cela :

• Rincer la cellule en la plongeant brièvement dans le bécher d’eau distillée.
• Essuyer son pourtour avec du papier.
• La plonger dans la solution étalon et relever la température à l’aide d’un thermomètre
• Mettre le conductimètre en fonctionnement, choisir le calibre 2mS.cm^–1
• Avec la lame d’un tournevis, régler le bouton des températures sur la température indiquée par le thermomètre.
• Agir sur le 2^ème bouton jusqu’à ce que le conductimètre affiche la conductivité de la solution étalon à 25°C c’est à dire la valeur calculée au I) : s _étalon =……………mS.cm^–1.
• Rincer la cellule et la plonger dans la solution À .Si la température de cette solution est bien la même que celle de la solution étalon le conductimètre affiche directement la valeur de la conductivité de la solution À à 25°C
• Noter cette valeur dans le tableau de mesures;
• Rincer la cellule et procéder de la même façon pour toutes les autres solutions. On prendra soin de changer l’eau distillée qui sert à rincer la cellule au milieu de la série de mesures (donc après 3 rinçages).

1. On raisonne sur la réaction d’équation-bilan générale RCOOH_(aq) +H₂O = RCOO^–_(aq) + H₃O⁺_(aq)

   Ecrire l’équation pour les 3 acides concernés

2. Principe des calculs pour une solution d’acide de concentration c_i et de volume V :

• Compléter le tableau d’avancement

• A partir de ce tableau, exprimer la concentration en ions H₃O⁺_(aq) en fonction de l’avancement à l’équilibre et de V
• Même chose pour la concentration en ions carboxylate RCOO^– 
• Idem pour la concentration en acide RCOOH
• Montrer que la constante à l’équilibre peut s’exprimer en fonction de la concentration en ions H₃O⁺dans la solution finale et de la concentration c_i de la solution selon la relation :
  
• D’autre part exprimer la conductivité s de la solution en fonction de , , l _H3O+ et l _RCOO- .En déduire l’expression :  

n peut donc à partir de la détermination expérimentale de s calculer puis Q_r,éq

• Enfin, à partir du tableau d’avancement, exprimer t _éq en fonction de [H₃O⁺]et de c_i

3. Ouvrir le dossier " physique ", " document de travail " et " TS " puis copier coller sur le bureau de Windows le fichier " Quotient de réaction ". L’ouvrir afin de le compléter. 

Formules utilisées dans les cases du tableau (compléter) :

G4 (à copier coller ensuite jusqu’à G8) :

H4 (à copier coller ensuite jusqu’à H8) :

I4 (à copier coller ensuite jusqu’à I8) :

J4 (à copier coller ensuite jusqu’à J8) :

K4 (à copier coller ensuite jusqu’à K8) :

4) Conclusions :

a) Comparer les valeurs de Q_r,éq dans les cas À , Á et  . La valeur de Q_r,éq dépend- t- elle des conditions initiales pour une réaction donnée ?

b) Comparer les valeurs de Q_r,éq dans les cas À , Ã et Ä  : la constante à l’équilibre de la réaction d’un acide avec l’eau dépend- t- elle de la nature de l’acide ?

c) Quelle propriété retrouve-t-on en comparant les taux d’avancement à l’équilibre pour les cas À , Á et   ?

Donc, pour une réaction donnée, le taux d’avancement à l’équilibre dépend –t- il des conditions initiales ?

d) Pour les solutions de même concentration, classer par ordre croissant les 3 acides selon le taux d’avancement. Parallèlement, comment évoluent leurs quotients de réaction à l’équilibre ? 

e) Montrer, en trouvant une relation entre Q_r,éq , t _éq et c_i ,que le taux d’avancement à l’équilibre dépend bien de la constante à l’équilibre de la réaction et des conditions initiales