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
الحـــالــة
اإلنتقــالية
n0 - xبـزيـــاد
ة x x
الحـــالــة
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+
الحـــالــة
األبتـدائية
n0 بـزيـــادة 0
0
الحـــالــة
اإلنتقــالية
n0 - x بـزيـــادة x x
الحـــالــة
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
HCO2H + CH3CO2- = HCO2
- + 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
HCO2H + CH3CO2- = HCO2
- + 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
Concentrations de 0,1 mol/L
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
Revoir les hypothèses
Aurait-on HCO2H + CH3CO2
- HCO2- +
CH3CO2H ?Il faut donc connaître
l’état final du mélange :
Exploitation de la mesure du pH2
• Si
alors pH = pKA + log ) B / A (
• ]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
]CH3CO2H[f = 8 ]CH3CO2-[f
f
f3fA A
OHBK
En résumé ) cas 2 ( :[HCO2
-]f / [HCO2H]f = 1,25 au lieu de 5
initialement
[CH3CO2H]f / [CH3CO2-]f = 8
au lieu de 10 initialement
HCO2H + CH3CO2- = HCO2
- + 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
Diagrammes de prédominance cas 2Dans les mélanges initiaux, on
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
Concentrations de 0,1 mol/L
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
Revoir les hypothèses
Aurait-on HCO2H + CH3CO2
- = HCO2- +
CH3CO2H ?Il faut donc connaître
l’état final du mélange :
Exploitation de la mesure du pH3
• Si
alors pH = pKA + log ) B / A (
• ]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
]CH3CO2H[f = 2 ]CH3CO2-[f
f
f3fA A
OHBK
En résumé ) cas 3 ( :[HCO2
-]f / [HCO2H]f = 5 au lieu de … 5 initialement
[CH3CO2H]f / [CH3CO2-]f = 2
au lieu de … 2 initialement
HCO2H + CH3CO2- = HCO2
- + 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
Diagrammes de prédominance cas 3Dans les mélanges initiaux, on
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
HCO2H + CH3CO2- = HCO2
- + 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