Oui
Équilibre et sens d'évolution
Acide-base
Sujet Bac Corrigé - Réactions totales - Bac S Amérique du Nord 2008 (ancien programme) - Ex 4 - Corrigé (Physique-chimie)
1 juin 2008
Bac S (ancien programme)
⚗️ Une réaction est-elle totale ou limitée ? Cet exercice de chimie du bac S 2008 d'Amérique du Nord (7 points) pose la question à trois reprises autour de l'ammoniac. Sujet officiel et corrigé détaillé gratuits, en PDF.
- Synthèse de l'ammoniac : taux d'avancement final, tableau d'avancement, rôle de la température et du catalyseur.
- Solution aqueuse d'ammoniac : base de Brönsted, quantité d'ions hydroxyde, constante d'équilibre et constante d'acidité.
- Mélange acide éthanoïque et ammoniac : quotient de réaction, sens d'évolution, diagramme de prédominance et composition à l'équilibre.
Chaque réponse est rédigée comme sur une copie, avec les pièges et les méthodes en marge.
✅ Correction
🫣
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Réactions totales ? Trois transformations autour de l'ammoniac
Cet exercice de chimie de 7 points, prévu pour environ 1 h 31, est le plus long de l'épreuve du bac S 2008 d'Amérique du Nord. Ses trois parties indépendantes posent la même question, celle du caractère total ou limité d'une transformation, pour une synthèse en phase gazeuse, une réaction acido-basique avec l'eau puis une réaction entre un acide et une base. C'est un sujet idéal pour maîtriser le taux d'avancement final et le quotient de réaction.
Partie 1 : la synthèse industrielle de l'ammoniac
Le taux d'avancement final s'écrit τ = xf / xmax. Avec τ = 0,70, inférieur à 1, la synthèse n'est pas totale. Le tableau d'avancement, avec 1,0 × 102 mol de diazote et 3,0 × 102 mol de dihydrogène, donne xmax = 1,0 × 102 mol et xf = 70 mol, d'où un état final de 30 mol de diazote, 90 mol de dihydrogène et 1,4 × 102 mol d'ammoniac. Le piège est d'oublier les nombres stœchiométriques. Une température élevée rend les chocs entre molécules plus fréquents et plus efficaces ; le catalyseur accélère la réaction sans modifier l'état final, et n'augmente donc pas le rendement.
Partie 2 : la solution aqueuse d'ammoniac
Le volume molaire donne n0 = 1,0 × 10-2 mol d'ammoniac. L'ammoniac, base de Brönsted, capte un proton de l'eau. À pH 10,6, la quantité d'ions hydroxyde vaut 4,0 × 10-4 mol ; attention à ne pas s'arrêter à la concentration en ions oxonium. Le taux d'avancement final est de 4,0 %, la transformation est très limitée. La constante d'équilibre vaut environ 1,7 × 10-5, à condition de retrancher l'ammoniac qui a réagi, et la constante d'acidité du couple ammonium/ammoniac s'en déduit : Ka = 6,1 × 10-10, cohérente avec un pKa de 9,2. Garder un chiffre de plus dans les calculs intermédiaires évite un écart d'arrondi.
Partie 3 : le mélange d'acide éthanoïque et d'ammoniac
En faisant apparaître les deux constantes d'acidité, on obtient Qr,eq = 109,2−4,8, soit environ 2,5 × 104. Dans l'état initial, le quotient est nul : le système évolue dans le sens direct. Au pH de 9,2, égal au pKa, les concentrations en ammoniac et en ions ammonium sont égales, et l'équation impose l'égalité des concentrations en ions ammonium et éthanoate. On en déduit 9,9 × 10-3 mol pour chacune de ces trois espèces, dans un volume total de 140 mL, et seulement 4,0 × 10-7 mol d'acide éthanoïque. Le taux d'avancement final vaut 0,99 : la transformation peut être considérée comme totale, ce que laissait prévoir une constante supérieure à 104.
Conseils pour cet exercice
Comparez toujours xf et xmax pour conclure sur le caractère total d'une transformation. Placez l'acide du côté des petits pH dans un diagramme de prédominance. Utilisez le volume total du mélange pour passer des concentrations aux quantités de matière. Gérez enfin votre temps : cet exercice compte pour plus d'un tiers de la note.