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Equilibres en solution aqueuse - Réactions de précipitation Solubilité : Pour un composé (soluté), on peut définir la solubilité s, dans un solvant donné, à une température donnée : la solubilité correspond à la quantité maximale de soluté que l'on peut dissoudre dans le solvant à température donnée. s est donnée en concentration molaire (mol.L-1) ou en concentration massique (g.L-1). Exemple : solubilité du sulfate d'argent Ag2 SO4 dans l'eau, à 25°C : s = 1,44.10 -2 mol.L -1

Produit de solubilité : Pour un équilibre de précipitation : m

m Xn+ + n Y

= XmYn solide

le produit de solubilité Ks à une température donnée, est défini de la façon suivante : Ks =

        

avec a = activité a(Xm Yn solide ) = 1

Dans les cas les plus courants, on peut assimiler activité et concentration, d'où l'expression du produit de solubilité devient : Ks

[Xn+ ]m [Ym ]n

On peut définir pKs de la façon suivante : pKs = log Ks ou encore Ks = 10 Exemple : produit de solubilité du chlorure d'argent à 25°C : K s = 1,7.10

10

pKs

et pKs = 9,77

Condition de précipitation : Il y aura précipitation du composé Xm Yn dès que le produit [Xn+] m [Ym- ]n devient supérieur à la valeur du produit de solubilité. m

[Xn+ ]m [Y ]n < Ks n+ m

m

n

[X ] [Y ] = Ks m Ks [Xn+ ]m [Y ]n

⇒

pas de précipitation

⇒

limite début de précipitation

⇒

précipitation

Exemple : On peut calculer le pH de début de précipitation de l'hydroxyde de fer (III) d'une solution 1.10 3 molaire en ions Fe3+, connaissant son produit de solubilité Ks(Fe(OH)3) = 10-39. On sait que Fe(OH)3 va commencer à précipiter dès que le produit [Fe 3+ ] [OH ] 3 devient Ks . Ks

D'où [OH ] 3 soit [OH ]





1039

3

1.10

 

[OH ]

[Fe 3+]

= √10 

!"

= 1.10

12

mol.L

Donc il y aura précipitation dès que [H3 O+] Début de précipitation à partir de pH = 2

Ks

[Fe 3+ ]

10

1 14

/ 10

12

= 10

2

mol.L 1.

Relation entre le produit de solubilité et la solubilité (à température fixée) : Si l'on cherche à calculer la solubilité du composé XmYn (à 25°C par exemple), il faut évidemment tenir compte des différents coefficients : m Xn+ + n Y

m

= X mYn

m

[Xn+ ]m [Y ]n = (m s) m . (n s) n = mm nn s(m+n) La solubilité du composé X mYn peut donc se calculer à partir de Ks : $

 s =# % & '

( 

=

$

  % & 



Exemple : On connait le produit de solubilité à 25°C du chlorure de plomb dans l'eau K s(PbCl2) = 1,7.10 5. L'équilibre est le suivant : PbCl 2 (sol) = Pb2+(aq) + 2 Cl (aq)

⇒ on peut en déduire: s =  ). 

$

Facteurs influençant la solubilité d'un soluté dans l'eau De nombreux facteurs peuvent intervenir (température, pH...)? Un des effets les plus faciles à concevoir est la présence d'un ion commun dans la solution : celui-ci abaisse la solubilité du soluté dans la solution ("effet d'ion commun"). Exemple : à même température, la solubilité du chlorure d'argent sera inférieure dans une solution contenant déjà des ions chlorure, à la solubilité dans l'eau pure....