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Chimie · Paramédical (ISPITS) — Sage-femme

Équilibres de précipitation et produits de solubilité

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

Un équilibre de précipitation concerne la mise en solution d'un composé ionique peu soluble. Pour un composé $A_mB_n(s)$, l'équation est : $$A_mB_n(s) \rightleftharpoons m A^{n+}(aq) + n B^{m-}(aq)$$ Le produit de solubilité $K_s$ est la constante d'équilibre associée : $$K_s = [A^{n+}]^m \cdot [B^{m-}]^n$$ La solubilité $s$ (en $mol \cdot L^{-1}$) est la concentration maximale du soluté dans une solution saturée.

Méthodes à maîtriser

  1. Calculer $K_s$ à partir de $s$ : Écrire l'équation, exprimer les concentrations en fonction de $s$, puis remplacer dans l'expression de $K_s$.
  2. Prévoir la précipitation : Calculer le quotient de réaction initial $Q_{r,i} = [A^{n+}]_i^m \cdot [B^{m-}]i^n$. Si $Q{r,i} > K_s$, il y a précipitation.
  3. Effet d'ion commun : La solubilité diminue si l'un des ions est déjà présent dans la solution.

Exemples corrigés

Exemple : Calculer $K_s$ de $AgCl$ sachant $s = 1,3 \cdot 10^{-5} mol \cdot L^{-1}$. $AgCl(s) \rightleftharpoons Ag^+(aq) + Cl^-(aq)$ $[Ag^+] = [Cl^-] = s$ $K_s = s \cdot s = s^2 = (1,3 \cdot 10^{-5})^2 = 1,69 \cdot 10^{-10}$.

Erreurs fréquentes

  • Oublier les coefficients stoechiométriques dans les puissances (ex: $K_s = [A]^m \cdot [B]^n$).
  • Confondre solubilité ($s$) et produit de solubilité ($K_s$).
  • Oublier que $K_s$ dépend uniquement de la température.

🌉 Jisr : les mots du chapitre FR ⇄ AR

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Défi flash : 4 questions

Sans compte

🎯 Équilibres de précipitation et produits de solubilité

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Pour un composé $MX_2$, l'expression du produit de solubilité $K_s$ est :

❓ Questions fréquentes

Est-ce que la précipitation est instantanée ?

En thermodynamique, on considère l'état final. Si $Q_r > K_s$, le système évolue vers l'état d'équilibre où le précipité apparaît. La cinétique (vitesse) n'est pas traitée ici.

💡 À retenir : Le critère $Q_r > K_s$ indique le sens d'évolution vers la précipitation.

Est-ce que la valeur de Ks change si on ajoute de l'eau ?

Non, la valeur de $K_s$ est une constante d'équilibre qui ne dépend que de la température. Si tu ajoutes de l'eau, le système va évoluer pour retrouver l'équilibre, mais la valeur de $K_s$ reste inchangée.

💡 À retenir : $K_s$ est une constante thermodynamique, elle ne varie qu'avec $T$.

Kifach n7seb s ila 3tani Ks dyal CaF2 ?
  1. Écris l'équation : $CaF_2(s) \rightleftharpoons Ca^{2+} + 2F^-$.
  2. Exprime les concentrations : $[Ca^{2+}] = s$ et $[F^-] = 2s$.
  3. Remplace dans $K_s$ : $K_s = [Ca^{2+}][F^-]^2 = s \cdot (2s)^2 = 4s^3$.
  4. Isole $s$ : $s = \sqrt[3]{\frac{K_s}{4}}$.

💡 À retenir : Fais attention au coefficient stoechiométrique qui se retrouve dans la parenthèse.

Wach l-mou3adala dyal Ks katkon fiha l-madda s-salba ?

Non, dans l'expression du quotient de réaction ou de la constante $K_s$, on ne fait figurer que les espèces en solution aqueuse (aq). Le solide (s) a une activité égale à 1.

💡 À retenir : Seuls les ions $(aq)$ apparaissent dans l'expression de $K_s$.

Quelle est la différence entre solubilité et produit de solubilité ?
  1. La solubilité ($s$) est une concentration maximale (mol/L) qui dépend du solvant et de la présence d'autres ions.
  2. Le produit de solubilité ($K_s$) est une constante caractéristique du composé à une température donnée.

💡 À retenir : $K_s$ est une constante, $s$ est une grandeur mesurable qui peut varier.

Kifach n3ref wach ghadi ykon rasseb wla la ?
  1. Calcule le produit des concentrations initiales des ions à la puissance de leurs coefficients ($Q_{r,i}$).
  2. Compare $Q_{r,i}$ avec la valeur de $K_s$ donnée.
  3. Si $Q_{r,i} > K_s$, alors il y a formation d'un précipité.

💡 À retenir : $Q_{r,i} > K_s$ = Précipitation.

Pourquoi la solubilité diminue en présence d'un ion commun ?

Selon le principe de modération (Le Chatelier), si on augmente la concentration d'un des produits ($A^+$ ou $B^-$), l'équilibre se déplace dans le sens inverse (vers la formation du solide) pour consommer l'excès d'ions.

💡 À retenir : L'ajout d'un ion commun favorise la précipitation.

Est-ce que Ks a une unité ?

Théoriquement, les constantes d'équilibre sont sans unité. Cependant, dans les exercices, on utilise souvent les concentrations en $mol/L$, donc $K_s$ peut avoir une unité dérivée de $(mol/L)^n$.

💡 À retenir : Ne pas s'inquiéter si l'unité varie selon le composé.

Wach Ks katbdel ila zedna pH ?

Si le composé est un sel d'acide faible (ex: $CaCO_3$), la modification du pH change la concentration des ions en solution (réaction acide-base), ce qui modifie la solubilité apparente, mais pas la valeur de $K_s$.

💡 À retenir : $pH$ influence la solubilité, pas la constante $K_s$.

Comment exprimer Ks pour Al(OH)3 ?
  1. Équation : $Al(OH)_3(s) \rightleftharpoons Al^{3+}(aq) + 3OH^-(aq)$.
  2. Expression : $K_s = [Al^{3+}] \cdot [OH^-]^3$.

💡 À retenir : Le coefficient 3 devient l'exposant.

Est-ce que la température influence Ks ?

Oui, comme toute constante d'équilibre, $K_s$ dépend de la température. En général, la solubilité augmente avec la température pour les sels.

💡 À retenir : Toujours vérifier la température dans les données.

Est-ce qu'on peut avoir Qr < Ks ?

Oui, cela signifie que la solution n'est pas saturée. Il n'y a pas de précipité, et on pourrait encore dissoudre du soluté.

💡 À retenir : $Q_r < K_s$ = Solution insaturée.

✍️ Exercices type examen national

Exercice 1

On considère le sulfate de baryum $BaSO_4$. Son produit de solubilité à 25°C est $K_s = 1,0 \cdot 10^{-10}$.

  1. Écrire l'équation de dissolution.
  2. Calculer la solubilité $s$ du $BaSO_4$ dans l'eau pure en $mol \cdot L^{-1}$.
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Exercice 2

On mélange un volume $V_1 = 100 mL$ d'une solution de nitrate de plomb $Pb(NO_3)_2$ de concentration $C_1 = 10^{-3} mol \cdot L^{-1}$ et un volume $V_2 = 100 mL$ d'une solution de chlorure de sodium $NaCl$ de concentration $C_2 = 10^{-3} mol \cdot L^{-1}$. Donnée : $K_s(PbCl_2) = 1,6 \cdot 10^{-5}$. Y a-t-il formation d'un précipité de chlorure de plomb ?

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Exercice 3

Calculer la solubilité du $Ag_2CrO_4$ dans une solution de $AgNO_3$ de concentration $C = 0,1 mol \cdot L^{-1}$. Donnée : $K_s(Ag_2CrO_4) = 2,4 \cdot 10^{-12}$.

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