Fiche de révision : Principes de la solubilité et équilibres

📋 Plan du Cours

1. Équilibres hétérogènes, produit de solubilité et quotient de réaction
2. Calcul de la solubilité à partir du produit de solubilité
3. Influence de la température et de la pression sur la solubilité
4. Rôle de la composition de la solution sur la solubilité
5. Quotient de réaction et prédiction de précipitation
6. Solubilité des solides, liquides et gaz : définitions et expressions
7. Facteurs influençant la solubilité : température, pression, pH et composition
8. Équilibre de solubilisation et constante d’équilibre Ks
9. Solubilité expérimentale et saturation des solutions
10. Effet de la présence d’ions constitutifs sur la solubilité
11. Effet de la pression sur la solubilité des gaz

📖 1. Équilibres hétérogènes, produit de solubilité et quotient de réaction

🔑 Notions clés & Définitions

• Équilibre hétérogène : État d’équilibre entre une phase solide peu soluble et les espèces dissoutes présentes dans le milieu.
• Produit de solubilité : Constante d’équilibre associée à la dissolution d’un solide ionique, dépendante de la température et notée Ks(T).

📝 Points essentiels

• Un solide peu soluble peut former un précipité et l’équilibre s’établit entre le solide et les espèces en solution.
• Pour un solide ionique, l’équilibre de solubilisation met en jeu le solide et les ions correspondants en solution.
• Le quotient de réaction QR utilise les concentrations des ions à un instant donné et sert à prédire si une précipitation va avoir lieu ou non.
• Pour AgCl(s), le quotient initial s’écrit QR,0 = [Ag+]0 × [Cl−]0, tandis qu’à l’équilibre Ks = [Ag+]eq × [Cl−]eq.

💡 À retenir

Cette partie relie l’équilibre entre un solide peu soluble et ses ions dissous à un outil de comparaison, le quotient de réaction, pour suivre l’évolution du système. Pour AgCl(s), on compare QR,0 à Ks, défini à l’équilibre.

📖 2. Calcul de la solubilité à partir du produit de solubilité

🔑 Notions clés & Définitions

• Solubilité : Quantité maximale de solide dissoute dans 1 L de solution à température et pression données; elle peut s’exprimer en mol/L ou de façon massique en g/L.
• Tableau d’avancement : Outil de suivi de la réaction qui permet de relier la quantité maximale de solide dissoute à l’état d’équilibre.

📝 Points essentiels

• La solubilité peut être déterminée expérimentalement en ajoutant une quantité précise de solide dans l’eau à température et pression données jusqu’à l’apparition d’un résidu non dissous.
• Pour AgCl(s), la solubilité s est égale à [Ag+]eq et à [Cl−]eq.
• Pour AgCl(s), on a Ks = s², donc s = √Ks.
• À 25 °C et à pression atmosphérique, la solubilité de AgCl(s) dans l’eau vaut 1,33 × 10−5 mol·L−1.

💡 À retenir

La solubilité peut être déterminée expérimentalement en ajoutant une quantité précise de solide dans l’eau à température et pression données jusqu’à l’apparition d’un résidu non dissous.

📖 3. Influence de la température et de la pression sur la solubilité

🔑 Notions clés & Définitions

• Température : Grandeur physique qui modifie la solubilité selon la nature du soluté : elle augmente souvent la solubilité des solides et des liquides quand elle augmente, mais elle diminue plutôt celle des espèces gazeuses quand elle augmente.

📝 Points essentiels

• Dans le cas des solides et des liquides, la solubilité augmente souvent quand la température augmente.
• Dans le cas des espèces gazeuses, la solubilité diminue plutôt quand la température augmente.
• Le texte indique aussi que la pression agit sur la solubilité des gaz.

💡 À retenir

La température n’a pas le même effet selon l’état du soluté : elle favorise souvent la dissolution des solides et des liquides, mais réduit plutôt celle des espèces gazeuses. La pression intervient aussi sur la solubilité des gaz.

📖 4. Rôle de la composition de la solution sur la solubilité

🔑 Notions clés & Définitions

• Solide moléculaire solvaté : Espèce moléculaire dissoute présente dans la solution, dont la présence diminue la solubilité du solide moléculaire par rapport à l’eau pure.
• Quotient de réaction : Pour le chlorure d’argent AgCl(s) il s’exprime à l’instant initial de la manière suivante : 𝑄𝑅,0(𝐴𝑔𝐶𝑙(𝑠))
• Évolue spontanément dans le sens : Expression qui indique la direction de l’équilibre selon QR et KS : si QR < KS, la solution n’est pas saturée et le solide se dissout en solution dans le sens direct ; si QR = KS, il y a un équilibre entre le solide et le soluté dissout ; si QR > KS, il y a précipitation jusqu’à ce que QR soit égal à KS et l’équilibre évolue dans le sens indirect.

📝 Points essentiels

• La présence d’ions constitutifs d’un solide ionique diminue la solubilité de ce solide par rapport à l’eau pure.
• Quotient de réaction L’existence du solide va dépendre la constante de solubilité mais aussi de la présence des ions constitutifs du solide ou du solide moléculaire solvaté dans la solution.

💡 À retenir

Une solution déjà enrichie en espèces dissoutes freine la dissolution supplémentaire. Le quotient de réaction permet de prévoir si le solide se dissout, si la solution est saturée ou si une précipitation a lieu.

📖 5. Quotient de réaction et prédiction de précipitation

🔑 Notions clés & Définitions

• Précipitation : Transformation au cours de laquelle un solide apparaît en solution lorsque le quotient de réaction est supérieur au produit de solubilité, jusqu’au moment où QR redevient égal à Ks.

📝 Points essentiels

• Si QR < Ks, la solution n’est pas saturée et le solide se dissout spontanément.
• Il y’a précipitation jusqu’au moment au quotient de réaction QR et égal au produit de solubilité KS, L’équilibre évolue spontanément dans le sens indirect.
• Il y’a un équilibre entre le solide et le soluté dissout : La solution est dites saturée.

💡 À retenir

La comparaison entre QR et Ks permet de décider si le système dissout encore le solide ou forme un précipité. Elle fixe le sens d’évolution spontanée du système.

📖 6. Solubilité des solides, liquides et gaz : définitions et expressions

🔑 Notions clés & Définitions

• Solubilité peut : Exprimé en mol/L ou de façon massique en g/L.

📝 Points essentiels

• La solubilité d’un solide, d’un liquide ou d’un gaz est la quantité maximale de ce solide, de ce liquide ou de ce gaz dissoute dans 1 L de solution.
• La solubilité dépend d’une température et d’une pression données.
• La solubilité peut s’exprimer en mol·L−1.
• La solubilité peut aussi s’exprimer en g·L−1.

💡 À retenir

La solubilité est la quantité maximale d’un solide, d’un liquide ou d’un gaz dissoute dans 1 L de solution à une température et une pression données. Elle peut s’exprimer en mol/L ou en g/L, et lorsqu’elle est atteinte voire dépassée, le solide ne se dissout plus et reste sous forme de précipité.

📖 7. Facteurs influençant la solubilité : température, pression, pH et composition

🔑 Notions clés & Définitions

• Température : Grandeur du milieu à laquelle la solubilité peut être déterminée expérimentalement, avec une quantité précise ou une grande quantité de solide ajoutée dans l’eau.
• Pression : Grandeur du milieu à laquelle la solubilité peut être déterminée expérimentalement, avec une quantité précise ou une grande quantité de solide ajoutée dans l’eau.
• AgCl(s) : Solide ionique pris comme exemple dans le calcul de la solubilité, avec la dissolution AgCl(s) = Ag+(aq) + Cl-(aq).

📝 Points essentiels

• La température influence la solubilité des solides, des liquides et des gaz.
• La pression influence la solubilité des gaz.
• Le pH peut modifier la solubilité d’un solide moléculaire.
• Le pH peut aussi modifier la solubilité des ions constitutifs d’un solide ionique.
• La composition de la solution peut réduire la solubilité par rapport à l’eau pure.
• Calculs de la solubilité La solubilité peut se déterminer de manière expérimentale en ajoutant une quantité précise d’un solide dans l’eau à une température et une pression données.

💡 À retenir

La solubilité peut être déterminée expérimentalement dans l’eau à une température et une pression données. Elle correspond à la quantité maximale de solide dissoute à l’équilibre, le solide restant alors sous forme de précipité.

📖 8. Équilibre de solubilisation et constante d’équilibre Ks

🔑 Notions clés & Définitions

📝 Points essentiels

• L’équilibre de solubilisation est caractérisé par une constante d’équilibre notée Ks.
• Pour AgCl(s), Ks s’écrit à partir des concentrations des ions à l’équilibre : Ks(AgCl(s)) = [Ag+]eq × [Cl−]eq.

💡 À retenir

La dissolution d’un solide peu soluble est formalisée par un équilibre de solubilisation caractérisé par une constante propre au solide, Ks(T). Dans le cas de AgCl(s), cette constante s’exprime à partir des concentrations des ions à l’équilibre.

📖 9. Solubilité expérimentale et saturation des solutions

🔑 Notions clés & Définitions

• 𝐾𝑠(𝐴𝑔𝐶𝑙(𝑠)) : produit de solubilité du chlorure d’argent à la température et à la pression données ; dans l’eau à 25°C et à la pression atmosphérique, il vaut 10−9,75.
• 𝐾𝑠(𝐴𝑔𝐶𝑙 : produit de solubilité utilisé pour déterminer la solubilité du chlorure d’argent dans l’eau ; dans l’eau à 25°C et à la pression atmosphérique, il est relié à la solubilité par l’égalité [Ag+]eq × [Cl−]eq = s².

📝 Points essentiels

• La solubilité peut être déterminée expérimentalement en ajoutant une quantité précise de solide dans l’eau.
• La solubilité est atteinte lorsque le solide ne se dissout plus et reste sous forme de précipité.
• Une solution est saturée lorsque la solubilité du composé est atteinte ou dépassée.
• La saturation marque la limite de dissolution dans les conditions imposées.

💡 À retenir

L’observation en laboratoire permet de repérer le moment où le solide ne se dissout plus : c’est le seuil de solubilité. À partir de là, la solution est saturée et la dissolution ne peut plus aller au-delà dans les conditions données.

📖 10. Effet de la présence d’ions constitutifs sur la solubilité

🔑 Notions clés & Définitions

• Ions constitutifs : Ions qui composent un solide ionique et qui, s’ils sont déjà présents dans le milieu, peuvent influencer directement sa solubilité.
• Solubilité quand la température : Variation de la solubilité liée à la température : pour les solides et les liquides, elle augmente souvent quand la température augmente.

📝 Points essentiels

• La présence d’ions constitutifs d’un solide ionique dans la solution peut influencer directement sa solubilité.
• Quand la solution contient déjà les ions issus du solide, la solubilité est plus faible que dans l’eau pure.

💡 À retenir

La solubilité dépend du milieu : la présence d’ions constitutifs peut la diminuer, tandis que la température, la pression et le pH peuvent la modifier selon la nature du soluté.

📖 11. Effet de la pression sur la solubilité des gaz

🔑 Notions clés & Définitions

• Pression : Variation du milieu qui, dans le cas des gaz, augmente la solubilité lorsqu’elle augmente.

📝 Points essentiels

• La variation de pression agit spécifiquement sur les gaz : quand la pression augmente, leur solubilité augmente.
• La variation de température n’a pas le même effet selon la nature du soluté : elle augmente souvent la solubilité des solides et des liquides, mais diminue plutôt celle des espèces gazeuses.
• Dans le cas des solides et des liquides, on observe souvent une augmentation de la solubilité quand la température augmente.

💡 À retenir

Cette section montre que la pression agit directement sur la solubilité des gaz : une augmentation de la pression augmente leur solubilité. La température et le caractère acido-basique peuvent aussi influencer la solubilité selon la nature du soluté.

🧩 Compléments de couverture

1. Un solide moléculaire peut aussi établir un équilibre de solubilisation avec son espèce moléculaire solvatée, et pas seulement les solides ioniques.
2. Le quotient de réaction permet de prévoir explicitement si une précipitation va avoir lieu ou non.
3. Si QR < Ks, la solution n’est pas saturée et le solide se dissout spontanément dans le sens direct.
4. Si QR > Ks, il y a précipitation jusqu’à ce que QR redevienne égal à Ks, avec évolution spontanée dans le sens indirect.
5. Une solution est dite saturée lorsque la solubilité du composé est atteinte, voire dépassée.
6. Pour AgCl(s), la quantité maximale dissoute à l’équilibre dans 1 L d’eau correspond à la solubilité.
7. Pour AgCl(s), la relation entre Ks et la solubilité est Ks = s², donc s = √Ks.
8. La solubilité de AgCl(s) dans l’eau à 25 °C et à pression atmosphérique vaut 1,33 × 10−5 mol/L.
9. La solubilité des espèces gazeuses diminue plutôt quand la température augmente.
10. Pour les gaz, une augmentation de la pression augmente la solubilité.
11. Le pH peut influencer la solubilité d’un solide moléculaire ou des ions constitutifs d’un solide ionique.
12. Si la solution contient déjà les ions constitutifs du solide ionique ou l’espèce moléculaire solvatée, la solubilité est plus faible que dans l’eau pure.
13. La quantité de matière maximale de solide dissout à l’équilibre dans 1 L d’eau correspond à la solubilité de celui-ci.
14. 𝐾𝑠(𝐴𝑔𝐶𝑙(𝑠)) = 10−9,75 Dans l'eau à 25°C et PAtmosphérique 𝐾𝑠(𝐴𝑔𝐶𝑙(𝑠)) = [𝐴𝑔+]𝑒𝑞 ∗ [𝐶𝑙−]𝑒𝑞 = 𝑠 ∗ 𝑠 = (𝑠)² 𝑠 = √𝐾𝑠(𝐴𝑔𝐶𝑙(𝑠)) = √10−9,75 = 1,33.
15. 10−5 𝑚𝑜𝑙/𝐿 La solubilité du chlorure d’argent AgCl(s) dans l’eau à 25°C et Patmosphérique est de 1,33x10-5 mol/L.
16. Définitions La solubilité d’un solide, d’un liquide d’un gaz est la quantité maximale de ce solide (ou de ce liquide,ou gaz) que l’on peut dissoudre dans 1 L de solution à une température et une pression données.
17. = 10−9,75 Dans l'eau à 25°C et PAtmosphérique 𝐾𝑠(𝐴𝑔𝐶𝑙(𝑠)) = [𝐴𝑔+]𝑒𝑞 ∗ [𝐶𝑙−]𝑒𝑞 = 𝑠 ∗ 𝑠 = (𝑠)² 𝑠 =.
18. = √10−9,75 = 1,33. 10−5 𝑚𝑜𝑙/𝐿 La solubilité du chlorure d’argent AgCl(s) dans l’eau à 25°C et Patmosphérique est de 1,33x10-5 mol/L. 2.3.

📊 Tableaux de Synthèse

⚠️ Pièges & Confusions Fréquentes

• Confondre solubilité et produit de solubilité : la solubilité est une quantité maximale dissoute, Ks est une constante d’équilibre.
• Oublier que Ks dépend de la température.
• Mélanger QR et Ks : QR se calcule à un instant donné, Ks à l’équilibre.
• Inverser le sens d’évolution : si QR < Ks, il y a dissolution ; si QR > Ks, il y a précipitation.
• Croire qu’une solution saturée contient encore une dissolution illimitée : au-delà du seuil, le solide reste sous forme de précipité.
• Oublier l’effet de la composition : la présence d’ions constitutifs ou d’une espèce déjà dissoute diminue la solubilité.
• Confondre l’effet de la température selon l’état du soluté : elle augmente souvent la solubilité des solides et des liquides, mais diminue plutôt celle des gaz.

✅ Checklist Examen

• Définir un équilibre hétérogène.
• Définir le produit de solubilité Ks(T).
• Définir le quotient de réaction QR et son rôle prédictif.
• Savoir comparer QR et Ks pour conclure sur dissolution, équilibre ou précipitation.
• Définir la solubilité comme quantité maximale dissoute dans 1 L de solution.
• Connaître les deux expressions possibles de la solubilité : mol/L et g/L.
• Expliquer quand une solution est dite saturée.
• Savoir que la température influence la solubilité des solides, des liquides et des gaz.
• Savoir que la pression influence la solubilité des gaz.
• Connaître l’effet du pH sur la solubilité d’un solide moléculaire et des ions constitutifs d’un solide ionique.
• Savoir que la présence d’ions constitutifs diminue la solubilité par rapport à l’eau pure.
• Retenir pour AgCl(s) que Ks = s² et que s = √Ks, avec s = 1,33 × 10−5 mol·L−1 à 25 °C et à pression atmosphérique.