Variation de la force ionique

[invite5a245e9a]

Bonjour tout le monde, dans un questionnaire péparatoire d'un examen, je suis confronté à une question pour laquelle je ne trouve pas la solution, ni sur le net, ni dans mes cours.

La question:

En négligeant les effets dus aux variations de volume, pensez-vous que la force ionique (1) augmente, (2) diminue, ou (3) reste pratiquement constante lors de l'addition de chlorure de fer III à
a) HCl?
b) NaOH?
c) AgNO3?

Voilà, je me doute bien que la réponse a un lien avec "l'effet de sel", mais je ne vois pas quels critères utiliser pour déterminer une éventuelle influence.

Si l'un de vous possède la réponse, je serais très curieux de la connaître.
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[HarleyApril]

il va aussi y avoir de la précipitation
en première approximation, la force ionique va dépendre de la concentration en ions
donc, si on fait précipiter un sel, la concentration en ions va diminuer et la force ionique aussi

[invite5a245e9a]

Oui dans le cas d'AgNO3 qui pourrait former AgCl.
Donc une diminution dans ce cas.
J'y pensais...
Et dans le cas d'HCl, une augmentation des Cl- donc une augmentation de la force ionique totale.

Mais pour NaOH, je ne vois vraiment pas ce qu'il peut se passer... Le sodium peut, peut-être, s'entourer d'ions chlorure, mais sans concéquences...

Donc la question ne serait à envisager que du point de vue d'une éventuelle précipitation et de la concentration des ions déjà en présence?!

En tous cas, merci HarleyApril, ca me comforte dans ma première idée.

[HarleyApril]

les hydroxydes métalliques ont souvent tendance à précipiter .... qu'en penses-tu ?

[A voir en vidéo sur Futura]

[invite5a245e9a]

Mais Fe(OH)3 ne précipite pas plutôt en milieu acide ? Avec NaOH on est en présence d'un milieu basique donc il ne devrait pas y avoir précipitation de prime abord...

Ou ce serait l'inverse

[moco]

Si.
En milieu basique, presque tous les ions métalliques précipitent.
Fe³⁺ fait Fe(OH)₃ qui est un précipité brun insoluble dans l'eau.

[invite5a245e9a]

D'accord, c'était l'inverse.

Donc, si il y a précipitation, on devrait aussi constater une diminution de la force ionique...

J'ai bien compris ?

[moco]

Tu as bien compris.

[HarleyApril]

écris le bilan
tu ajoutes Fe³⁺ et 3Cl^-
tu précipites Fe(OH)₃
tu 'perds' donc un Fe³⁺ et 3OH^-
donc, le nombre total d'ions ne varie pas
enfin, il me semble
tu auras une force ionique voisine (tu changes un ion par un autre, OH^- est remplacé par Cl^-)

[moco]

Oui, mais Fe³⁺ est remplacé par un ion chargé 1+. Et la force ionique diminue, car elle dépend du carré de la charge.
La force ionique baisse, même s'il y a trois fois plus de ions monovalents que de ions trivalents.
La force ionique de FeCl₃ 0.1 M vaut : 0.1·3² = 0.9
La force ionique de NaCl 0.3 M vaut : 0.3·1² = 0.3

[HarleyApril]

excuse moi Maurice, mais si j'ai bien lu l'énoncé, on ajoute du Fe3+ et il précipite (admettons quantitativement) donc il disparaît
la solution initiale de soude se transforme donc, en première approximation, en mélange soude et chlorure de sodium. Il y a remplacement des hydroxydes par des chlorures (ils n'ont pas la même conductivité, mais je pense qu'on fait seulement une analyse qualitative dans cet exo)
Si j'ai mal interprêté le texte, merci de rectifier

[invite5a245e9a]

Il s'agit bien d'une question portant sur l'aspect purement qualitatif.
La question est retranscrite telle qu'elle figure sur mon questionnaire.
(je n'ai aucune autre donnée pour cette exercice)

[invite5a245e9a]

J'ai fait le bilan d'un ajout mais ca ne m'avance pas, au contraire.

Si on concidère que l'ajout vise à simplement à substituer les OH- par les Cl-, alors oui, il n'y a pas ou peu de variation de la force ionique.
ex :
3Na+ + 3OH- + 1Fe3+ + 3Cl- -> 3Na+ + 3Cl- + [Fe(OH)3 précipité]

où I = 1/2([3]*1² + [3]*1²) = 3 avant et après ajout...

Mais si l'ajout se fait au hasard en excès ou en déficite la force ne reste plus forcément constante...
ex :
3Na+ + 3OH- + 2Fe3+ + 6Cl- -> 3Na+ + 6Cl- + 1Fe3+ + [Fe(OH)3 précipité]

où I = 1/2([3]*1² + [6]*1² + [1]*3²) = 6


J'y vois de moins en moins clair...

[moco]

Rien ne vaut un exemple numérique pour comprendre ce qui se passe.

Imaginons que tu partes de 1 litre d'une solution de FeCl₃ 0.1 M. Dans cette solution, [Fe³⁺] = 0.1 M, et [Cl^-] = 0.3 M
La force ionique de cette solution sera :
I_o = 0.5([Fe3+]·3² + [Cl-]·1²) = 0.5(0.1·9 + 0.3·1) = 0.6 M

Si on ajoute 3 litres d'une solution de NaOH 0.1 M, tout le fer sera précipité sous forme de Fe(OH)3, car il se passera la réaction :
Fe³⁺ + 3 OH^- --> Fe(OH)₃

Il restera en solution 0.3 moles de ions Cl^- résidu de 0.1 mole FeCl₃ initial, et 0.3 moles de ions Cl^-, reste des 3 litres de NaOH rajoutés. Il ne reste plus de ion Fe³⁺ ni de ions OH^- dans cette solution.
Les concentrations des ions dans la nouvelle solution seront :
[Na⁺] = 0.3 mol/4 litre = 0.075 mole/litre
[Cl^l-] = 0.3 mol/4litre = 0.075 mole/litre
La force ionique de cette solution sera :
I₁ = 0.5([Na+]1² + [Cl-]1²) = 0.5(0.075·1 + 0.075·1) = 0.075 M

Donc quand on ajouté assez de NaOH pour faire précipiter tout les ions Fe³⁺, la force ionique a passé de 0.6 M à 0.075 M ! C'est une belle diminution, non ?

[invite5a245e9a]

moco, je suis d'accord, mais ce qui me saute aux yeux une foi ton exemple pris en compte, c'est que dans ce cas (NaOH + FeCl3), les trois réponses sont possibles.

A moins que mes petits calculs soient complètement faux.

Le tout est de savoir en quels proportions les ajouts sont faits. Hors dans l'énnoncé, il n'est précisé nulle part quel type d'ajout est fait, donc les trois réponses sont possibles.
Si j'étais confronté à cette question est-ce que j'aurrais interet à répondre 1,2, et 3 en argumentant par l'exemple?

[HarleyApril]

quand je lis l'énoncé, je comprends que pour le b) on prend une solution de soude et on y ajoute une petite quantité de chlorure ferrique
l'hydroxyde ferrique précipite
on passe donc d'une solution contenant Na+ et OH- en conentrations égales (électroneutralité et je néglige les hydrons H+)
à une solution contenant Na+, OH- et Cl-, la somme des concentrations en anions est égale à celle du sodium qui n'a pas varié
j'en déduis que la force ionique varie peu

je suis par ailleurs d'accord avec Moco que si on procède à l'inverse et ajoute de la soude à une solution de chlorure ferrique, le sodium va remplacer le fer et ça va faire varier fortement, la force ionique
cependant, il ne me semble pas que ça corresponde à l'énoncé (mais je peux avoir mal compris)

[invite5a245e9a]

D'accord, donc je devrais plutôt comprendre la question comme étant un "petit" ajout dans les solutions de départs.

Pour l'exemple de moco, je n'ai pas tenu compte de qui était ajouté sur qui.
Après tout, un peu de chlorure de Fer sur beaucoup de soude, ou beaucoup de soude sur un peu de chlorure de fer, le résultat est le même... en tous cas dans un exercice écrit.


En tous les cas, sincèrement merci à vous deux, pour votre patience, et votre dévouement.