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Chimie · Prépa concours post-bac — IAV & ENA Meknès

Équilibres en solution aqueuse : Précipitation et complexation

Le cours expliqué simplement, les questions que tous les élèves se posent et des exercices type examen national. Programme marocain, gratuit.

📘 Fiche de cours

L'essentiel du cours

  1. Précipitation : Pour un sel $M_aX_b(s) \rightleftharpoons aM^{n+}(aq) + bX^{m-}(aq)$, le produit de solubilité est $K_s = [M^{n+}]^a \cdot [X^{m-}]^b$.
  2. Critère d'évolution : On calcule le quotient de réaction $Q_r = [M^{n+}]^a \cdot [X^{m-}]^b$. Si $Q_r > K_s$, il y a précipitation.
  3. Complexation : Réaction entre un ion central $M$ et des ligands $L$ : $M + nL \rightleftharpoons ML_n$. La constante de formation globale est $\beta_n = \frac{[ML_n]}{[M][L]^n}$.
  4. Influence du pH : La solubilité d'un sel peut augmenter si l'anion est une base faible (réaction avec $H_3O^+$).

Méthodes à maîtriser

  • Calculer la solubilité $s$ à partir de $K_s$ : $K_s = (as)^a \cdot (bs)^b$.
  • Déterminer si un précipité se forme en mélangeant deux solutions.
  • Calculer la concentration des espèces à l'équilibre en présence d'un complexe.

Exemples corrigés

Exemple 1 : Solubilité de $AgCl$ ($K_s = 10^{-10}$). $s^2 = K_s \implies s = \sqrt{10^{-10}} = 10^{-5} \text{ mol/L}$. Exemple 2 : Si on mélange $V_1$ de $Ag^+$ et $V_2$ de $Cl^-$, calculer $Q_r$ avec les concentrations finales : $[Ag^+]_f = \frac{C_1 V_1}{V_1+V_2}$.

Erreurs fréquentes

  • Oublier les coefficients stoechiométriques dans l'expression de $K_s$ (ex: $[Ag^+]^2[CrO_4^{2-}]$).
  • Confondre solubilité ($s$) et produit de solubilité ($K_s$).
  • Oublier de recalculer les concentrations après mélange (dilution).

🌉 Jisr : les mots du chapitre FR ⇄ AR

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Défi flash : 4 questions

Sans compte

🎯 Équilibres en solution aqueuse : Précipitation et complexation

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Pour un sel $AB_2$, quelle est la relation entre $K_s$ et $s$ ?

❓ Questions fréquentes

Kifach n7seb solubilité s ila kan lmil7 fih 3 dyal l'ayounat?
  1. Ecris l'équation : $M_aX_b \rightleftharpoons aM + bX$.
  2. Exprime les concentrations : $[M] = a \cdot s$ et $[X] = b \cdot s$.
  3. Remplace dans $K_s = (as)^a \cdot (bs)^b$.
  4. Isole $s$ : $s = \sqrt[a+b]{\frac{K_s}{a^a \cdot b^b}}$.

💡 À retenir : La solubilité dépend de la stoechiométrie du sel.

Wach Ks kytbeddel ila zedna lma?

Non, $K_s$ (produit de solubilité) est une constante thermodynamique qui ne dépend que de la température. Si tu ajoutes de l'eau, tu dilues les ions, mais le produit des concentrations à l'équilibre reste égal à $K_s$.

💡 À retenir : $K_s$ ne change qu'avec la température.

Chno hiya l3alaqa bin complexation w l'augmentation dyal doban?

La complexation consomme les ions libres $M^{n+}$ en solution. Selon le principe de Le Chatelier, le système va chercher à compenser cette perte en dissolvant davantage de précipité $M_aX_b$.

💡 À retenir : La complexation favorise la dissolution d'un précipité.

Kifach n3ref wach ghadi ykoun rasseb wla la?
  1. Calcule le produit des concentrations initiales $Q_r = [M^{n+}]_0^a \cdot [X^{m-}]_0^b$.
  2. Compare $Q_r$ avec $K_s$.
  3. Si $Q_r > K_s$, le précipité se forme. Si $Q_r \leq K_s$, rien ne se passe.

💡 À retenir : $Q_r > K_s$ = Précipitation.

Est-ce que la constante de formation beta est toujours très grande ?

Pas forcément. Une valeur élevée de $\beta$ indique que le complexe est très stable. Si $\beta$ est faible, le complexe est peu stable et se dissocie facilement en ions libres.

💡 À retenir : Plus $\beta$ est grand, plus le complexe est stable.

Comment le pH influence-t-il la solubilité ?

Si l'anion du sel est une base faible (ex: $CO_3^{2-}$), l'ajout d'acide $H_3O^+$ consomme cet anion. La réaction de dissolution est alors déplacée vers la droite pour compenser, ce qui augmente la solubilité.

💡 À retenir : Un milieu acide augmente la solubilité des sels d'anions basiques.

Est-ce que tous les complexes sont solubles ?

En général, les complexes formés en solution aqueuse sont solubles. Cependant, il existe des cas où le complexe lui-même peut précipiter s'il atteint sa limite de solubilité.

💡 À retenir : La complexation est souvent utilisée pour dissoudre des précipités.

Pourquoi on utilise souvent des concentrations molaires ?

Parce que les constantes $K_s$ et $\beta$ sont définies par rapport aux activités des espèces en solution. En solution diluée, l'activité est assimilable à la concentration molaire.

💡 À retenir : On travaille en mol/L pour simplifier les calculs.

Est-ce que la température modifie Ks ?

Oui, comme toute constante d'équilibre, $K_s$ dépend de la température. La dissolution est souvent endothermique, donc $K_s$ augmente généralement avec la température.

💡 À retenir : La solubilité augmente souvent avec la chaleur.

Comment calculer la concentration d'un ion libre en présence d'un complexe ?

Il faut utiliser l'expression de $\beta$ : $\beta = \frac{[ML_n]}{[M][L]^n}$. Tu connais la concentration totale de métal et celle du ligand, tu résous l'équation pour trouver $[M]$.

💡 À retenir : Utilise toujours la constante de formation.

Est-ce que l'effet d'ion commun diminue la solubilité ?

Oui. Si tu ajoutes un ion déjà présent dans la solution (ex: ajouter $Cl^-$ à une solution saturée de $AgCl$), le quotient de réaction $Q_r$ devient supérieur à $K_s$, ce qui force la précipitation.

💡 À retenir : L'ion commun diminue la solubilité.

Pourquoi on néglige parfois la dissociation du complexe ?

Si la constante de formation $\beta$ est très grande (ex: $10^{20}$), on considère que la réaction est quasi-totale. On peut alors faire un bilan de matière comme pour une réaction totale.

💡 À retenir : Si $\beta$ est très grand, la réaction est considérée comme totale.

✍️ Exercices type examen national

Exercice 1

On mélange 100 mL d'une solution de nitrate d'argent $AgNO_3$ à $10^{-3}$ mol/L et 100 mL d'une solution de chlorure de sodium $NaCl$ à $10^{-3}$ mol/L. Y a-t-il précipitation de $AgCl$ ? ($K_s(AgCl) = 1,8 \cdot 10^{-10}$).

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Exercice 2

Calculer la solubilité $s$ du phosphate de calcium $Ca_3(PO_4)_2$ dans l'eau pure, sachant que $K_s = 10^{-25}$.

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Exercice 3

On dissout du chlorure d'argent $AgCl$ dans une solution d'ammoniac $NH_3$ à 1 mol/L. On forme le complexe $[Ag(NH_3)_2]^+$. Calculer la concentration de $Ag^+$ libre. Données : $K_s(AgCl) = 10^{-10}$, $\beta_2 = 10^7$.

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