تطور حالـة جملة كيميائيـة خلال تحـول كيميـائي نحو حالة التــوازن

جملة حالـة تطوركيميائيـة

تحـول خاللكيميـائي

التــوازن حالة نحو

جملة حالـة تطوركيميائيـة

تحـول خاللكيميـائي

التــوازن حالة نحو

المحـلول pHقيـاس • خاصية تعييـن ثم محـلولأسـاسي) (. ، معتـدل ، حمـضي

واألحماض • القـوية األحماض بيـن التمييـزواألسـس القوية األسـس وبيـن ، الضعيفـة

الضعيفـة .من • التفاعـل لتقـدم النهـائية النسـبـة توظيف

. التــوازن حالـة تبريـر أجـلالحموضة • ثوابـت أجـل pKa و kaاستعمال من

. / حمض أسـاس الثنـائيات مقــارنةالمعايـرة • منحـنى أجـل )pH = f)Vاستعـمال من

. معايـر لمحـلول المولي التركيــز تعييــن

خاصية pHقياس – 1 تعيين ثم محلولأساسي ) ( : ، معتدل ، حمضي المحلول

pH الدنماركي العالم أبتكرها وسيلة هيSorensen. الحموضة لقياس

تـركيــز ] ألجــل صالـحـة [ +H3Oوهـيبيــن عـنـد mol/l 14-10و mol/l 1محـصـورة

25°C.

الرياضية : العالقة pH = - Log ]H3O+[

أو : [H3O+ = ]10-pH

الـ يكــون :pHقيــاس

الملونة :• الكـواشف بواسطـة : ورق F المحـاليـل pHمثـــال بعض أو

pH mètreبواسطــة •

القـوية – 2 األحماض بيـن التميـيـزاألسس وبين ، الضعيفة واألحماض

الضعيفة واألسس الماء :•: القوية في F كليا يتشرد الذي هو القوي الحمض HCl + H2O H3O+ + Cl-

سريـــع - . التفاعــلالمتفاعــل - . فيه يختفـــي أي تــام التفاعـل

موجهــة - . التفـاعـل معادلــة

المـاء :• في F جزئيـا يتشــرد الضعيـف الحمـضCH3COOH + H2O CH3COO- + H3O+

بطــيء - . التفاعـــلتــام - . غير التفاعـــل

متعاكسين - . بشعاعين التفاعل معادلة نوجهوالنواتج - ) = ( . المتفاعالت بين رمز نكتب أو

مثال :CH3COOH + H2O = CH3COO- + H3O+

حد عند أنه هو المساواة رمز من المقصودالتفاعل ) توازن أو ( Equilibre : eqالتفاعل

موجودة . كـلتكون والنواتج المتفاعالت

الضعيـف للحمـض يحـدث الذي الواقــع فيفـي) : ( يتـشـرد عنـدما اإليثــانويــك حمض F مثال

وشـوارد اإليثـانـوات شــوارد يعــطي ، المـاء F مجــددا بعضها مع تتفـاعل التي الهيـدرونيـوم

اإليثـانويـك حمـض جهـتهــا مـن لتعــطي ، والمــاء

إلى قــوي أســاس أو قــوي حمــض نضيـف لوالضعـيف الحمـض فيـه المتواجـد المحـلول

التــوازن حــالـة عنــد لـه المـرافـق واألســاس(eq ) تــوازن F نسـبيـــا يزيحـان فإنهمــا ،

الضعيــف الحمــض يـزيــال أن دون التـفـاعـللــه . المــرافــق األســاس أو

في • F كليــا يتشــرد الـذي هــو القــوي األسـاسالمـاء :

B)aq( + H2O BH+ + OH- )aq(

• F جزئيـا يتشــرد الـذي هـو الضعيـف األسـاس

المــاء : في

B)aq( + H2O BH+ + HO- )aq(

أو B)aq( + H2O = BH+ + HO- )aq(

لتقدم – 3 النهائية النسبة توظيفأجل من التفاعلالتوازن حالة تبرير :

التــوازن : حالـة نحـو كيميائيـة جمـلة تطـورعلى نطلـّــع ، الـدراسة في الشــروع قبــل

المستعمـــلة : المصطلحـات الـذي: المحــدالمتفاعـل المتفـاعـل هـو

ستـوكومترية تفـرضه مما أقـل كميته تكـون( . Stoechiométrieالتفـاعـل)

: أحـد يختـفي عنـدما التفاعـل نهـاية ) استقـرار) يكـون او ، محـد المتفاعـالت ) (، والنــواتـج المتفــاعالت بيـن تـوازن

بـ : لها المناسب الزمن عن عنـدما) tfنعبـرالنهـائيـة ( . حـالتها الجملـة تبلــغ

التفـاعـل المتفـاعـل : xتـقـدم مـوالت عـددعنـد الكيميـائي التفـاعـل في أختفـت التي

.tاللحظـة النهـائي التفـاعـل مـوالت: xfتـقـدم عـدد

التفـاعـل في أختفـت التي المتفـاعـالتاللحظـة عـند .tfالكيميائي

األعظـمي التفاعـل مـوالت : xmaxتـقـدم عـددأختفـت التي Fالمتفـاعـل التفـاعـل كليـا فياللحظـة عـند . tfالكيميـائي

مـــالحظــة :كــانت * : فــإن : xf = xmaxإذا

متفـاعـل - ) F كليــا تفاعـل المتفــاعـلمحـد ( .

تـــام - . التفـاعــل - xmax = n0 حيثn0 :الموالت عدداألصلية

كـان * فـــإن : x < xmax إذا ،

. - F كليــا يتفـاعـل لـم المتفـاعلتــام - . غيــر التفــاعـل

التفـاعـل تقــدم اللحظــة τ نسبـة : tعند

التفـاعـل لتقــدم نهائية عند τf نسبـة :tfاللحظــة

maxx

xτ

max

ff x

xτ

مـــالحظــة :عـامة * : ≥ τf 0 100 ≥ % بصفـة

كــانت* : إذا

% <100 τf

تـــام . غــيــر التــفــاعــل فـــإن

كـــانت * : إذا

=100 % τf

تـــــام . التــفـاعــل فـــإن

بين : xfو xmaxمقــــارنــــة

حمــض : مثــالــيـن دراســة في سـنــراهــاضعــيف : وحمــض قـــوي

قـــوي – : 1 حمــض :HClمثــال

كـلور mol 0,01نــذيب حمض منفي فأصبـح 1Lالهيدروجيـن الماء من

الناتــج .pH=2للمحلـول

التفـاعـل – . تقـدم جــدول أنشــأ أ - أحسب . xf , xmaxب

اسـتنتج – ؟ ، τfج الحمــض طبيعــة هي مـا

الحـــــل : الجـــدول – : إنشاء أ

معادلـة التفاعـ

ل HCl + H2O H3O+ + Cl-

الحـــالــة

األبتـدائية

n0بـزيـــاد

ة 0

0


اإلنتقــالية

n0 - xبـزيـــاد

ة x x


النهــائيــة

n0- xmaxبـزيـــاد

ة xmax xmax

حســاب – :xf , xmaxب

موالت = كلمة ) 55,5عــدد ومنه بزيادة مولمناسبة(.

الحمض موالت الحالة HClعــدد فياإلبتدائية :

n0 = 0.01 mol

ألن HClحمـض المحـد المتفـاعـل هـوالعدد من بكثيـر أقـل مـوالته عـدد

الستوكيـومتـري .فـــإن : * F كليــا يتـفـــاعــل لـو

xmax = n0 = 0,01 mol

أن * : بمــــا pH = 2 ] H3O+[ = 10-2 mol/L

إلى : فنصـــل xf = ]H3O+[ V = 10-2 . 1 = 0,01 mol

التفاعــل – تقــدم نسبــة استنتـــاج :τج

أن : τ = 1 = 100%بمــــا

تــام فـــإن : قــوي التفــاعل الحمض ومنــه ،.

101,0

01,0

max

x

x f

ضعيــــف – : 2 حمــض :CH3COOHمثــال

في المقطــر L 1نسـكــب المــاء مننعتبــره ) اإليثــانويــك حمـض مــن FF حجمـا

أمـام F ( 1مهمــال المقطـــر المــاء مــن لتـرعـلى مـــن ) mol 0,1يحتــوي

CH3COOH ) نقيــس الـــرج بعــد ،pH فـنجـــد .2,9المحلـول

التفـاعـل – . تقـدم جــدول أنشــأ أ - أحسب . xf , xmaxب

اسـتنتج – ؟ ، τfج الحمــض طبيعــة هي مـا

الحـــــل : الجـــدول – : إنشاء أ

معادلـة التفاعـ

لCH3COOH + H2O = CH3COO- + H3O+


األبتـدائية

n0 بـزيـــادة 0

0


اإلنتقــالية

n0 - x بـزيـــادة x x


النهــائيــة

n0- xmax بـزيـــادة xmax xmax

حســاب – :xf , xmaxب

موالت = كلمة ) 55,5عــدد ومنه بزيادة مولالحمض(. موالت عــدد مناسبة

CH3COOH: اإلبتدائية الحالة في

n0 = 0,1 mol

المحـد CH3COOHحمـض المتفـاعـل هـوالعـدد من بكثيـر أقـل مـوالته عــدد ألن

الستوكيـومتـري .فـــإن : * F كليــا يتـفـــاعــل لـو

xmax = n0 = 0,1 mol

أن * : بمــــا pH = 2,9 ] H3O+[ = 10-2,9 mol/L

إلى : فنصـــل xf = ]H3O+[ V = 10-2,9 . 1

= 0,00126 mol

التفاعــل – تقــدم نسبــة استنتـــاج :τج

%

المحـــد يستهـلـك CH3COOHالمتفـــاعــل لــمإن : يعـــني وهــذا F تــام كليــا غيــر التفــاعـــــل

في متـواجـــدة والنــواتــج المتفـاعـــالت أن أيالوقـــت . نفـــس

1,260,01260,1

0,00126

x

xτ

max

f

الـتفــــاعـــل : Qrكـســـــر

في وهي الكيميـائية الجمـلة يميــز مقــدار هـو . على تـدلـنـا التفــاعــل خــالل قـيمتــه مـا حـالة

التفاعــل . تقــدم مدىالمعــادلـــة : ذي التفــاعـــل أجــل مــن

aA + bB = cC + dD

المـولية[ D[ , ]C[ , ]B[ , ]Aحيـث ] التراكيـز تمثـلويكـون ، والنواتـج دون Qrللمتفاعـالت F عــددا

. F إصطــالحــا وحـدة

ba

dc

rBA

DCQ

حســـاب : Qrعنــد

وفـي - النـواتــج تراكيــز نستـعمـل البســط فيالمقـــام

المتفــاعـالت . تــراكيــزيـأخذ - : ] F .H2O = ]1إصطالحـــا

نـاتـج - أو متفاعــل كـل تـركيـز يأخــذ F إصطالحـــاإذا

لـ F مســاويــا F صـلبــا مثــال. :1كــانZn)s( + Cu2+ )aq( = Cu)s( + Zn2+)aq(

1Cu

1Zn

ZnCu

CuZnQ

2

2

2

2

r

كســر - عــن نعبــر ، التفــاعــل نهــاية عنــدالتفــاعــل

. Qrfبــ الضــعيف : للحــمض السـابق مثـال إلى نرجــع لــو

CH3COOH + H2O = CH3COO- + H3O +

:Qrfحســـاب نحتاجهــا : التي المعلومات نسترجع

xf = 0,00126 mol N0 = 0,1 mol

V = 1 L التاليــة : التراكــيز في نعوضهــا التي

[CH3COOH] (=n0 – xf / ) V=)0,1 – 0,00126( /1=0,0987mol

] H2O [ = 1

]CH3COO-[ = xf / V = 0,00126 /1 = 0,00126 mol

]H3O+[ = xf / V = 0,00126 / 1 = 0,00126 mol

: فـنجـــــــــد

: مــالحظــة ، ميكانيكية لجملة التوازن حالة يتعلق Qrfعند ال

. اإلبتدائي بالتركيبQrf . الحــرارة بـدرجـة إال يتعــلق

6

23

33r 1016

10987,0

00126,000126,0Q

OHCOOHCH

OHCOOCHf

قيمة كانت النسبة Qrfكلما كانت ، كبيرةكبيرة . التوازن عند للتقدم النهائية

أجــل :> Qrf τf>99% 104مـــن

قيمة كانت النسبة Qrfكلما كانت ، صغيرةصغيرة . التوازن عند للتقدم النهائية

التـــوازن : Kثــابت

بتركيزين الضعيف الحمض نفس يأخذ لومختلفيـن مقـداريـن له سيكون مختلفيـن،

لـه pHلـ يكـون ولكـن ، التوازن عند( . Qrfنفـس عن) يعبر ثابت يكون أي

بــ : التفاعل هذا يميز الذي وهــو KالثابتQrf . K = Qrfيساوي

الحموضـة – 4 ثوابت و KaاستعمالpKa / أساس الثنائيات مقارنة أجل من

حمض :للماء : الشـاردي الجداء

شوارد فيعطي الذاتي التفكك إلى الماء يتعرضH3O + وشواردOH -. كيميائي توازن إلى mؤدي وي

بــ للماء الشاردي الجداء حيث : Keيعرف

Ke = ]H3O+[]OH-[ = 10-14

pKe = - log Keأو :

عند مائي محلول كل أجل C°25من

الحمــوضة للثنائيات Kqثـابت: حمض/ أساس

التـوازن ثابـت قيمـة نفــس لـه ثابت Kهـوالنهــائي التفـاعـل توازن Qrfوكسـر حالـة في

كيميائيـة . جملة Ka = K = Qrf

التالية : الكيميائية للمعادلة

HA)aq( + H2O)l( = H3O+)aq( + A-)aq(

لـــدينا :

fff

rfa HA

AOHQKK

3

مــالحـظــة :فيمـا Kaتمكـــن األحماض قــوة مقارنــة من

بينــهـا . فيمـا األســس قــوة وكـذلـك ، بينـهاكان * أمام Kaكلمــا بكثير الحمــض 1أكبر كان ،

أقــوي .كان * أمام Kaكلمــا بكثير الحمض 1أصغر كان ،

أضعـف .

ألـــpKa عـن للتعبيـر أخــرى كيفـية هيبــ عــالقة ولها ، حيث : Kaالحموضــة

pKa = - log Ka

بيـــن : pKaو pHالـعــالقــة

/ بين العالقة فــإن ، حمض أساس ثنائيــة أجل pHمن هي : pKaو

يكون غــالبــة . pH = pKaعندما صفــة توجد ال

يكون هي pH > pKaعندما األساسية الصفةالغالبة .

يكون هي pH < pKaعندما الحمضية الصفةالغالبة .

f

fالحمضالأساس

logpKpH a

مـــزيــج فيــه إنــاء لــــدينا يكـــون لــونعــرف كيف ، ضعيفــة وأســس أحمـاض مــن

؟ التفــاعـــل اتجـــاه

كيفيـــة يعــرض التــــالي العـــــرضمعالجتهـــا

Expérience de cours( exemple de traitement )

Objectif :Montrer que

Qr doit tendre vers K spontanément

Exemple choisi :

HCO2H + CH3CO2- = HCO2

- + CH3CO2H

Spontanément ?

Qr < Ksens spontané

direct Qr > K

sens spontané inverse

Qr = Kétat d’équilibre

atteint

Pourquoi ce signe = ?

Signification : conservation de la charge et de la masseremplace les deux flèches d’autrefois !

S’il y a une flèche :il y a évolution ou transformation

sens 1 ( vers la droite ) : sens 2 ( vers la gauche ) :

Qu’est-ce Qr ?

i23i2

i23i2

COCHHHCO

HCOCHHCOQr

i pour INITIAL

Concentration initiale apportée en soluté

Qu’est-ce que K ?

f pour FINAL

Concentration finale ou à l’équilibreOn peut remplacer « f » par « eq »

f23f2

f23f2

COCHHHCO

HCOCHHCOK

Calcul de K pour la réaction choisie


- + CH3CO2H

HCO2H : pKA1 = 3,8

CH3CO2H : pKA2 = 4,8

Donc K = 10-3,8 / 10-4,8 = 10

1ère Expérience

2ème Expérience

3ème Expérience

Calcul de K à partir des KA

Pour HCO2H :

Pour CH3CO2H :

Or

Donc

f2

f3f2A1 HHCO

OHHCOK

f23

f3f23A2 HCOCH

OHCOCHK

f23f2

f23f2

COCHHHCO

HCOCHHCOK

A2

A1

KK

K

Expérience 1

10 mL de HCO2H

10 mL de HCO2Na

10 mL de CH3CO2H

10 mL de CH3CO2Na

Concentrations de 0,1 mol/L

Calcul de Qr1

Initialement, on a[CH3CO2H]i = [CH3CO2

-]i = 0,1 ( 10/40 ) mol/L[HCO2H]i = [HCO2

-]i = 0,1 ( 10/40 ) mol/L

donc Qr1 = 1

Rappel : K = 10

DONC Qr1 < K

Revoir les hypothèses

Aurait-on HCO2H + CH3CO2

- HCO2- + CH3CO2H ?

Il faut donc connaître l’état final du mélange :

Exploitation de la mesure du pH1

• Si

alors pH = pKA + log ) B / A (

• ]HCO2-[f / ]HCO2H[f = 10-3,8 / 10-4,1 = 2

• ]CH3CO2-[f / ]CH3CO2H[f = 10-4,8 / 10-4,1 = 0,2

]HCO2-[f = 2 ]HCO2H[f

]CH3CO2H[f = 5 ]CH3CO2-[f

f

f3fA A

OHBK

En résumé ) cas 1 ( :[HCO2

-]f / [HCO2H]f = 2 au lieu de 1

initialement

[CH3CO2H]f / [CH3CO2-]f = 5

au lieu de 1 initialement


- + CH3CO2H

Donc la réaction a lieu dans le sens 1vers la formation de CH3CO2H et HCO2

-

• HCO2H + CH3CO2- HCO2

- + CH3CO2Hi : 10mL 10 mL 10 mL 10

mL

Résolution sans calcul

Autre expérience

Diagrammes de prédominance cas 1Dans les mélanges initiaux, on

a[CH3CO2H]i = [CH3CO2-]i donc pH = 4,8

[HCO2H]i = [HCO2-]i donc pH = 3,8

Dans le mélange final, on a mesuré pH = 4,1

CH3CO2H CH3CO2-

HCO2H HCO2-

4,8

3,8

pH4,1

[HCO2H]

[CH3CO2-]

HCO2H + CH3CO2- HCO2

- + CH3CO2H avec Qr1 < K

Autre expérience

Expérience 2

2 mL de HCO2H

10 mL de HCO2Na

20 mL de CH3CO2H

2 mL de CH3CO2Na


Calcul de Qr2

• Initialement, on a[CH3CO2H]i = 0,1 ( 20/34 ) mol/L [CH3CO2

-]i = 0,1 ( 2/34 ) mol/L[HCO2H]i = 0,1 ( 2/34 ) mol/L[HCO2

-]i = 0,1 ( 10/34 ) mol/L

donc Qr2 = 50Rappel : K = 10

DONC Qr2 > K



- HCO2- +

CH3CO2H ?Il faut donc connaître

l’état final du mélange :


• Si


• ]HCO2-[f / ]HCO2H[f = 10-3,8 / 10-3,9 = 1,25

• ]CH3CO2-[f / ]CH3CO2H[f = 10-4,8 / 10-3,9 =

0,125

]HCO2-[f = 1,25 ]HCO2H[f


f

f3fA A

OHBK


-]f / [HCO2H]f = 1,25 au lieu de 5

initialement


au lieu de 10 initialement


- + CH3CO2H

Donc la réaction a lieu dans le sens 2vers la formation de HCO2H et CH3CO2

-

• HCO2H + CH3CO2- HCO2

- + CH3CO2Hi : 2 mL 2 mL 10 mL 20 mL

Résolution sans calcul

Autre expérience


aPour CH3CO2Hi on calcule pH = pKA2 + log B/A = 3,8Pour HCO2Hi on calcule pH = pKA1 + log B/A = 4,5Dans le mélange final, on a mesuré pH = 3,9

CH3CO2H CH3CO2-

HCO2H HCO2-

4,8

3,8

pH3,9

[HCO2-]

[CH3CO2H]

HCO2H + CH3CO2- HCO2

- + CH3CO2H avec Qr2 > K

3,8

4,5

Autre expérience

Expérience 3

2 mL de HCO2H

10 mL de HCO2Na

20 mL de CH3CO2H

10 mL de CH3CO2Na


Calcul de Qr3

• Initialement, on a[CH3CO2H]i = 0,1 ( 20/42 ) mol/L[CH3CO2

-]i = 0,1 ( 10/42 ) mol/L[HCO2H]i = 0,1 ( 2/42 ) mol/L[HCO2

-]i = 0,1 ( 10/42 ) mol/Ldonc Qr3 = 10

Rappel : K = 10

DONC Qr3 = K



- = HCO2- +

CH3CO2H ?Il faut donc connaître

l’état final du mélange :


• Si


• ]HCO2-[f / ]HCO2H[f = 10-3,8 / 10-4,5 = 5

• ]CH3CO2-[f / ]CH3CO2H[f = 10-4,8 / 10-4,5 = 0,5

]HCO2-[f = 5 ]HCO2H[f


f

f3fA A

OHBK


-]f / [HCO2H]f = 5 au lieu de … 5 initialement


au lieu de … 2 initialement


- + CH3CO2H

Donc la réaction n’a pas évolué depuisson état initial

• HCO2H + CH3CO2- = HCO2

- + CH3CO2Hi : 2 mL 10 mL 10 mL 20 mLRésolution sans

calculAutre

expérience


aPour CH3CO2Hi on calcule pH = pKA2 + log B/A = 4,5Pour HCO2Hi on calcule pH = pKA1 + log B/A = 4,5Dans le mélange final, on a mesuré pH = 4,5

CH3CO2H CH3CO2-

HCO2H HCO2-

4,8

3,8

pH4,5


- + CH3CO2H avec Qr3=K

4,5

4,5

Résumé

المعايـرة – 5 منحنى pHاستعمال= f(V) التركيـز تعييـن أجـل من

معايـر : لمحلـول الموليبالمحـــاكــاة : الجـــزء هذا ملخص نــــرى

قــوي * . بأســـاس قــوي حمــض تـــعـديــل

وإنشــاء* بأسـاس حمـض تعديـل تجـربة انجـازلــ البيــاني .)pH = f)Vالتمثيــل

الجزيئــات* . حركية مالحظة مع معــايــرة

التكــافــؤ * . نقطة تعيــيــن

Détermination du point d’équivalence d ’un titrage

Méthode des tangentes

Titrage acido-basique

0,00

2,00

4,00

6,00

8,00

10,00

12,00

14,00

0 5 10 15 20 25 30

Vb (mL)

pH EpHE

Méthode de l ’extremum de la

dérivée

Titrage acido-basique

0,00

2,00

4,00

6,00

8,00

10,00

12,00

14,00

16,00

0 5 10 15 20 25 30

Vb (mL)

pH

pH=f)Vb(

pH'=g)Vb(

EpHE

Documents

تطور حالـة جملة كيميائيـة خلال تحـول كيميـائي نحو حالة التــوازن