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Chimie · Prépa concours post-bac — CPGE (dossier & entretien)

Réactions de précipitation et complexes en solution aqueuse

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

  • Produit de solubilité ($K_s$) : Pour un équilibre $M_aX_b(s) \rightleftharpoons aM^{b+}(aq) + bX^{a-}(aq)$, on a $K_s = [M^{b+}]^a \cdot [X^{a-}]^b$.
  • Condition de précipitation : Le précipité apparaît si le quotient de réaction $Q_r > K_s$.
  • Complexes : Un ion complexe est formé par un ion central et des ligands. La constante de formation globale est $\beta_n = \frac{[ML_n]}{[M][L]^n}$.
  • Influence du pH : Certains précipités (ex: $Zn(OH)_2$) se dissolvent en milieu acide ou basique par formation de complexes ou réaction acido-basique.

Méthodes à maîtriser

  1. Calculer la solubilité ($s$) : Exprimer les concentrations en fonction de $s$ et utiliser $K_s$.
  2. Déterminer le sens d'évolution : Comparer $Q_r$ à $K_s$.
  3. Calculer la concentration à l'équilibre : Utiliser les bilans de matière en tenant compte de la formation des complexes.

Exemples corrigés

  • Solubilité de $AgCl$ : $K_s = 10^{-10}$. $s = \sqrt{K_s} = 10^{-5} \text{ mol/L}$.
  • Formation de $[Ag(NH_3)_2]^+$ : Si on ajoute $NH_3$ à $AgCl$, le précipité se dissout car $Q_r < K_s$ suite à la consommation de $Ag^+$.

Erreurs fréquentes

  • Oublier les coefficients stoechiométriques dans l'expression de $K_s$ (ex: $[Ag^+]^2$).
  • 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

🎯 Réactions de précipitation et complexes en solution aqueuse

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La solubilité d'un sel augmente-t-elle avec la température ?

❓ Questions fréquentes

C'est quoi la différence entre Ks et s ?
  1. $K_s$ est une constante thermodynamique qui ne dépend que de la température.
  2. $s$ (solubilité) est la quantité maximale de soluté que l'on peut dissoudre dans un volume donné (souvent en mol/L).
  3. $s$ dépend du milieu (présence d'ions communs, pH, complexation), alors que $K_s$ reste fixe.

💡 À retenir : $K_s$ est la "loi", $s$ est le "résultat" dans des conditions précises.

Kifach n7seb solubilité ila kan 3ndi ion commun ?
  1. Écris l'équation de dissolution : $AX(s) \rightleftharpoons A^+ + X^-$.
  2. Note la concentration initiale de l'ion commun apporté par un autre sel (ex: $C_0$).
  3. Pose $K_s = (s) \cdot (s + C_0)$.
  4. Si $s \ll C_0$, alors $K_s \approx s \cdot C_0$, donc $s \approx K_s / C_0$.

💡 À retenir : L'ion commun diminue toujours la solubilité (effet d'ion commun).

Est-ce que le complexe est toujours soluble ?

Oui, en général, la formation d'un complexe soluble permet de dissoudre un précipité. C'est le principe de la complexation pour "nettoyer" des ions métalliques.

💡 À retenir : La complexation est une technique efficace pour dissoudre des précipités.

Chno hiya "constante de formation globale" beta ?

C'est la constante d'équilibre de la réaction de formation du complexe à partir de l'ion métallique et des ligands en une seule étape.

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

Pourquoi le pH influence la solubilité ?
  1. Certains ions (comme $OH^-$) participent à l'équilibre de précipitation.
  2. En milieu acide, les ions $OH^-$ sont consommés, ce qui déplace l'équilibre de dissolution vers la droite.

💡 À retenir : Le pH modifie la concentration des espèces réactives.

Wach Ks katbdel ila zedna l-ma ?

Non, $K_s$ ne change pas car la température est constante. Par contre, la solubilité $s$ peut changer si on modifie la composition du milieu.

💡 À retenir : Seule la température modifie la valeur de $K_s$.

Comment savoir si un précipité va se former ?
  1. Calcule le quotient de réaction $Q_r$ avec les concentrations initiales.
  2. Compare $Q_r$ à $K_s$.
  3. Si $Q_r > K_s$, le système évolue vers la précipitation.

💡 À retenir : $Q_r > K_s$ signifie précipitation.

Est-ce qu'on peut avoir plusieurs complexes ?

Oui, un ion central peut fixer plusieurs ligands successivement ($ML, ML_2, ML_3...$). On parle alors de constantes de formation successives.

💡 À retenir : La formation est souvent progressive.

Comment calculer la solubilité d'un sel A2B3 ?
  1. Équation : $A_2B_3(s) \rightleftharpoons 2A^{3+} + 3B^{2-}$.
  2. Concentrations : $[A^{3+}] = 2s$ et $[B^{2-}] = 3s$.
  3. $K_s = (2s)^2 \cdot (3s)^3 = 4s^2 \cdot 27s^3 = 108s^5$.
  4. $s = (K_s / 108)^{1/5}$.

💡 À retenir : Attention aux puissances !

C'est quoi un ligand monodenté ?

C'est un ligand qui ne possède qu'un seul site de fixation (un seul doublet non liant) pour se lier à l'ion central.

💡 À retenir : Un seul point d'attache.

Est-ce que la précipitation est instantanée ?

En thermodynamique, on considère que l'équilibre est atteint instantanément. En cinétique, cela peut varier, mais au programme, on suppose l'équilibre atteint.

💡 À retenir : On travaille en état d'équilibre.

Comment dissoudre un précipité de AgCl ?

En ajoutant de l'ammoniac ($NH_3$), car il forme le complexe $[Ag(NH_3)_2]^+$, ce qui diminue la concentration en $Ag^+$ et dissout le solide.

💡 À retenir : La complexation est une méthode de dissolution.

✍️ Exercices type examen national

Exercice 1

Calculer la solubilité de l'hydroxyde de magnésium $Mg(OH)_2$ dans l'eau pure à 25°C. On donne $K_s = 1,6 \cdot 10^{-12}$.

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Exercice 2

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 $AgCl$ ? ($K_s(AgCl) = 10^{-10}$).

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Exercice 3

Soit la réaction $Ag^+ + 2NH_3 \rightleftharpoons [Ag(NH_3)_2]^+$ avec $\beta_2 = 10^7$. Calculer la concentration de $Ag^+$ libre en présence de $10^{-2}$ mol/L de complexe et $0,1$ mol/L de $NH_3$ libre.

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