Exercice de chimie (acide propanoïque et hydroxylamine)

[invite2a2aed0f]

Bonjour tout le monde ... j'espère être au bon endroit pour ma question ...

Voilà j'ai un exercice de chimie à faire sur l'évolution spontanée d'un système. L'exercice est le suivant:
On introduit dans un erlenmeyer V1=25mL d'acide propanoïque à C1=1.10^-2mol/L, V2=25mL de propanoate de sodium à C2=2,50.10^-2mol/L, V3=30mL de chlorure d'hydroxylammonium à C3=1,50.10^-2 mol/L et V4=20mL d'hydroxylamine à C4=1.10^-2 mol/L.
données: pKa(C2H5CO2H/CEH5CO2-)=pKa=4,8
pKa(NH3OH-/NH3OH)=pK'a=6,1

1. Quelle est la nature de la réaction qui peut se produire? Ecrire son équation en considérant l'acide propanoïque comme un réactif.

J'ai répondu:La réaction pouvant se produire est acidobasique car elle met en jeu deux couples acide/base: C2H5CO2H/C2H5CO2- et NH3OH+/NH3O.

C2H5C02H(aq)+NH2OH(aq)=C2H5CO2-(aq) + NH3OH+(aq)

2. Exprimer et calculer la constante d'équilibre de cette réaction.

J'ai répondu: K=[C2H5CO2-]eq[NH3OH+]eq/[C2H5CO2H]eq[NH2OH]eq

K= K'a/Ka=10^(-6,1)/10^(-4,8)=0.05

3. Déterminer la valeur du quotient de réaction dans l'état initial de ce système. Commet évolue le système considéré?

J'ai répondut: Qr,i=[C2H5CO2]i[NH3OH+]i/[C2H5CO2H]i[NH2OH]i=C2C3/C1C4=3,75.
Je ne comprend pas bien où ils veulent en venir avec la deuxième partie de la question.

4. Vérifier qu'à l'équilibre, xeq=0.085mmol
Que vaut alors le pH

J'ai remplacé les termes de l'expression de la constante d'équilibre K avec ceux de la réaction à l'équilibre. Par conséquent j'ai obtenu:

0,05=((C1-yeq)(C4-yeq))/((C2+yeq)(C1+yeq)

En faisant un produit en croix et en développant, je suis tombée sur une équation du second degré. J'ai calculé le discriminant et j'ai trouvé delta=1,7.10^-4. J'ai calculé mes deux racines: yeq1= 4,7.10^-3 mol/L
yeq2=1,8.10^-2 mol/L.

Ensuite étant donné que C1 est inférieur à yeq2, ce dernier ne peut être égal à yeq. Donc, yeq=yeq1.
Le volume étant de V1+V2+V3+V4= 100mL soit 100.10^-3L,
Xeq=Vtotal*yeq=100.10^-3*4,7.10^-3=4,7.10^-4mol mais ce résultat et différent de celui qu'on me demande de trouver. J'ai pourtant refais les calculs trois fois déjà.
S'il vous plait, aidez moi!
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[moco]

Je vais simplifier l'écriture, pour gagner du temps. J'appelle HX l'acide propanoïque, et B l'hydroxylamine NH₃OH
Il faut d'abord calculer les nombres de moles introduites au début. Cela donne, en millimoles : 0.25 pour HX, 0.625 pour X-, 0.45 pour BH⁺ et 0.2 pour B.
Les concentrations initiales, avant d'envisager une réaction ont, puisque le volume total est de 100 mL, les valeurs suivantes, en millimole/L :
[HX] = 2.5 mM, [X-] = 6.25 mM, [B] = 2 mM, et [BH⁺] = 4.5 mM.

On te demande d'imaginer comment va évoluer le système. Cela veut dire qu'on te demande de dire si la réaction suivante va évoluer vers la droite ou vers la gauche.
HX + B <--> BH⁺ + X-

Imaginons que la réaction va évoluer vers la droite, et que x moles de HX et de B seront consommés.
A l'équilibre, les concentrations en millimole/L, seront :
[HX] = 2.5-x, [B] = 2-x, [X-] = 6.25+x, et [BH⁺] = 4,5+x.

Tu poses que ces valeurs sont reliées entre elles par la constante K = 0.05. Cela donne :
0.05 = (4,5+x)(6.25+x)/[(2,5-x)(2-x)]
C'est une équation du 2ème degré dont les deux racines sont :
x = - 3.77 et x = - 7.78

Première surprise. La réaction ne va pas évoluer dans le sens prévu, mais en sens inverse, à cause du signe négatif de x.

Sur les deux valeurs de x, seule la valeur -3.77 est acceptable, car avec l'autres, on trouverait une valeur négative pour la concentration de BH+.

Continue ! Je t'ai débroussaillé une bonne partie du problème.

[invite2a2aed0f]

Merci beaucoup!

Mais, même avec cette valeur de la concentration finale (x= l -3,77 l ), je ne retombe pas sur la valeur demandée. Selon vous, il y aurait-il une erreur dans l'énoncé?

Si x= 3,77 alors neq=x*Vtot soit 3,77*100 non?

[moco]

Il faut écrire x = -3.77, et non pas x = l -3.77 l.
Et cette valeur numérique s'exprime en millimole.
Je ne sais pas que penser de ta demande. Je n'ai pas connaissance de ce que tu appelles la valeur demandée. Et je ne sais pas comment savoir s'il y a une erreur dans l'énoncé.

[A voir en vidéo sur Futura]

[jeanne08]

Jjuste pour expliquer la conclusion à tirer de la valeur du quotient de réaction.
Le quotient de réaction est une grandeur instantanée qui nous permet de prévoir dans quell sens va évoluer un système chimique
- si Q = K on a l'équilibre ( pas d'évolution )
- si Q >K le système évolue dans le sens 2 ( droite vers gauche pour diminuer Q et s'arretera quand Q aura atteint la valeur K )
- si Q <K le système évolue dans le sens 1 ( gauche -> droite)

[invite2a2aed0f]

Merci Jeanne08. Je peux me servir de cette information pour la deuxième partie de la question 3.

La valeur demandée et celle de l'avancement à l'équivalence noté xeq et il faut prouver qu'il vaut 0,085mmol (question 5).

Merci pour votre aide à tous.