Cours Stage - Comparer la force des acides et des bases

Exercice - Acide fort et réaction totale

L'énoncé

Un produit d’entretien, l’acide chlorhydrique.

L’acide chlorhydrique est commercialisé sous la forme d’une solution concentrée à $23$% que l’on dilue pour l’utiliser dans des travaux d’entretien et de bricolage.

Il nécessite toujours de respecter des consignes de sécurité très strictes car c’est un produit fortement irritant.

Une solution aqueuse d’acide chlorhydrique est obtenue en faisant réagir du chlorure d’hydrogène ($HCl$) avec l’eau selon l’équation suivante :

\(HCl_{(g)} + H_2O_{(l)} \rightarrow Cl^-_{(aq)} + H_3 O^+_{(aq)}\)

On choisit une solution d’acide chlorhydrique de volume $V = 50,0$ mL, de concentration molaire apportée $C = 2,0\times 10^{-3}$ mol/L et de $pH=2,70$.

Montrer que l’acide chlorhydrique est un acide fort.


Question 1

Établir le tableau d'avancement de la réaction.

Le solvant d'une réaction acide-base est l'eau, comme elle figure dans le tableau d'avancement ; il faut compléter sa colonne avec « solvant ».

Dans les colonnes du tableau d'avancement, on trouve les quantités de matières de chaque espèce à chaque étape de la réaction. (L'unité est« mol. »).

À l'état initial, on n'introduit que du chlorure d'hydrogène $HCl$ et de l'eau (solvant) donc les quantités de matière des produits de la réaction sont nulles.

\(n(HCl)_i = C.V= 2,0\times10^{-3} \times 50,0\times10^{-3} = 1,0\times10^{-4} \) mol

On complète alors les autres lignes du tableau d'avancement.

Un réactif est consommé par la réaction donc on soustrait alors que le produit se forme donc on ajoute. Il ne faut pas oublier les éventuels coefficients stoechiométriques supérieurs à 1.

Repérer si la réaction se déroule dans un solvant, et si ce solvant se trouve dans l’équation.


Attention à l’unité de ce qui doit figurer dans les colonnes du tableau d’avancement.


On donne ce qui est introduit au départ, il faut donc calculer les valeurs de l’état initial.


Pour déterminer les autres états, on doit penser à ce qui se passe pour un réactif et ce qui arrive à un produit.

Question 2

Déterminer l'avancement maximal $x_{max}$.

L'avancement maximal $x_{max}$ est l'avancement le plus grand théoriquement possible pour la réaction.

Il est déterminé par le réactif limitant, c'est-à-dire le réactif qui est entièrement consommé en premier car alors la réaction ne peut plus avancer.

Le seul réactif limitant possible ici est le chlorure d'hydrogène $HCl$ (car l'eau, étant le solvant, est en excès).

Si $HCl$ est entièrement consommé alors d'après le tableau d'avancement, on aura :

\(1,0\times10^{-4} - x_{max} = 0\)

Soit \(x_{max} = 1,0\times10^{-4} \) mol

Quelle est la définition de xmax ?


Quel est le réactif limitant ici ?

Question 3

Calculer l'avancement final $x_f$ de la réaction.

L'avancement final $x_f$ est l'avancement réellement atteint par la réaction, c'est-à-dire celui qu'elle atteint dans la pratique lorsque l'on fait la manipulation.

La seule donnée de l'énoncé concernant l'état final du système chimique est la valeur de son $pH$. On sait que le $pH$ de la solution final vaut $2,7$.

Donc \( [H_3O^+]_f= 10^{-pH} = 10^{-2,7} = 2,0\times10^{-3} \) mol/L

Alors :

\(n(H_3O^+)_f = [H_3O^+]_f.V = 2,0\times10^{-3} \times 50,0\times10^{-3} = 1,0\times10^{-4} \) mol.

Dans le tableau d'avancement, $x_f$ est dans les cases de la ligne de l'état final, mais il est en particulier dans celle de la colonne des ions $H_3O^+$.

Il correspond donc à la quantité de matière en ions $H_3O^+$ présents dans l'état final.

D'après le tableau d'avancement, on constate que :

\(x_f = n(H_3O^+)_f\)

Donc \(x_f = 1,0\times10^{-4} \) mol.

Quelle est la définition de $x_f$ ?


Pour calculer $x_f$, il faut forcément connaître quelque chose sur l’état final du système étudié ; que sait-on sur lui ?


Qu'est ce que signifie le pH d’une solution ?


Repérer où se trouve $x_f$ dans le tableau d’avancement à l’état final.

Question 4

Comparer $x_f$ et $x_{max}$.

On constate que $x_f = x_{max}$ donc la réaction est totale.

Le chlorure d'hydrogène est le réactif limitant, il est entièrement consommé par la réaction.

On peut donc dire que l'acide chlorhydrique est un acide fort.