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Chimie · Classes prépa (CPGE) — 1ère année — TSI

Réactions de précipitation

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

  • Équilibre de dissolution : Pour un solide $M_aX_b(s)$, l'équilibre est : $M_aX_b(s) \rightleftharpoons a M^{n+}(aq) + b X^{m-}(aq)$.
  • Produit de solubilité ($K_s$) : $K_s = [M^{n+}]^a_{eq} \cdot [X^{m-}]^b_{eq}$. Il ne dépend que de la température.
  • Critère d'évolution :
    • $Q_r < K_s$ : Pas de précipité (solution insaturée).
    • $Q_r = K_s$ : Solution saturée.
    • $Q_r > K_s$ : Précipitation (le système évolue vers la gauche).
  • Solubilité ($s$) : Concentration maximale de soluté dissous en mol.L⁻¹. $s = \frac{n_{dissous}}{V_{sol}}$.

Méthodes à maîtriser

  1. Calculer $s$ à partir de $K_s$ : Exprimer les concentrations en fonction de $s$ (ex: $[M^{n+}] = a \cdot s$) et injecter dans $K_s$.
  2. Prévoir une précipitation : Calculer $Q_r$ avec les concentrations initiales et comparer à $K_s$.
  3. Calculer $s$ en présence d'ion commun : La concentration de l'ion commun est fixée par l'ajout extérieur, elle n'est plus égale à $a \cdot s$.

Exemples corrigés

  • Exemple : Soit $AgCl(s)$ avec $K_s = 10^{-10}$.
    • $s = \sqrt{K_s} = 10^{-5}$ mol.L⁻¹.
    • Si on ajoute $NaCl$ à $0,1$ mol.L⁻¹, alors $[Cl^-] \approx 0,1$. Donc $[Ag^+] = K_s / 0,1 = 10^{-9}$ mol.L⁻¹. La solubilité diminue.

Erreurs fréquentes

  • Oublier les coefficients stœchiométriques dans l'expression de $K_s$ (ex: $[M^{n+}]^a$).
  • Confondre solubilité ($s$) et concentration des ions.
  • Négliger l'effet de la dilution lors du mélange de deux solutions.

🌉 Jisr : les mots du chapitre FR ⇄ AR

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Défi flash : 4 questions

Sans compte

🎯 Réactions de précipitation

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Pour le sel $AB_2$, l'expression de $K_s$ est :

❓ Questions fréquentes

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

Non, $K_s$ est une constante thermodynamique qui dépend uniquement de la température. Si tu ajoutes de l'eau, les concentrations changent, le quotient $Q_r$ diminue, mais $K_s$ reste fixe.

💡 À retenir : $K_s = f(T)$ uniquement.

Kifach n7seb s ila kan 3ndi ion commun ?
  1. Écris l'équation de dissolution.
  2. Identifie la concentration de l'ion apporté par le sel ajouté (ex: $C$).
  3. Pose $K_s = [M^{n+}] \cdot [X^{m-}]$.
  4. Remplace $[X^{m-}]$ par $C$ (car $C \gg s$).
  5. Déduis $[M^{n+}] = s$.

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

Chno hiya l'far9 bin Qr et Ks ?

$K_s$ est la valeur limite à l'équilibre (constante). $Q_r$ est la valeur calculée à n'importe quel instant avec les concentrations réelles. Si $Q_r > K_s$, le système doit précipiter pour revenir à l'équilibre.

💡 À retenir : $Q_r$ est l'état actuel, $K_s$ est l'état d'équilibre.

Wach l'température kat'asser 3la Ks ?

Oui, la dissolution est souvent endothermique. Si la température augmente, $K_s$ augmente généralement, donc le solide se dissout mieux.

💡 À retenir : $K_s$ varie avec $T$.

Comment exprimer s pour Ca3(PO4)2 ?
  1. Équation : $Ca_3(PO_4)_2 \rightleftharpoons 3Ca^{2+} + 2PO_4^{3-}$.
  2. $[Ca^{2+}] = 3s$ et $[PO_4^{3-}] = 2s$.
  3. $K_s = (3s)^3 \cdot (2s)^2 = 27s^3 \cdot 4s^2 = 108s^5$.
  4. $s = (K_s / 108)^{1/5}$.

💡 À retenir : Attention aux puissances !

Est-ce qu'on peut dissoudre tout le précipité ?

Théoriquement non, il reste toujours une quantité infime en solution. Pratiquement, on peut le dissoudre en changeant le pH ou en ajoutant un complexant.

💡 À retenir : La précipitation est un équilibre.

Kifach n3ref wach ghadi y-kon rasseb ?
  1. Calcule $Q_r = [M^{n+}]{init} \cdot [X^{m-}]{init}$.
  2. Compare avec $K_s$.
  3. Si $Q_r > K_s$, il y a formation d'un précipité.

💡 À retenir : $Q_r > K_s \implies$ Précipitation.

Pourquoi la solubilité diminue avec un ion commun ?

D'après le principe de modération (Le Chatelier), l'ajout d'un produit déplace l'équilibre vers les réactifs (le solide).

💡 À retenir : L'équilibre se déplace vers le solide.

Est-ce que le pH influence la précipitation ?

Oui, si l'anion est une base (ex: $OH^-$ ou $CO_3^{2-}$), une baisse de pH consomme l'anion, ce qui favorise la dissolution du précipité.

💡 À retenir : Le pH modifie la concentration des ions actifs.

Est-ce que Ks a une unité ?

Non, $K_s$ est une constante thermodynamique sans unité (les concentrations sont divisées par $C^0 = 1$ mol.L⁻¹).

💡 À retenir : $K_s$ est sans dimension.

Est-ce que la masse du solide influence Ks ?

Non, la quantité de solide n'intervient pas dans l'expression de $K_s$ tant qu'il en reste au moins un grain.

💡 À retenir : $K_s$ ne dépend pas de la quantité de solide.

Comment calculer la solubilité dans l'eau pure ?
  1. Écrire l'équation.
  2. Exprimer $K_s$ en fonction de $s$.
  3. Résoudre l'équation pour $s$.

💡 À retenir : $s$ est la concentration à saturation.

✍️ Exercices type examen national

Exercice 1

On mélange 100 mL d'une solution de nitrate d'argent ($Ag^+, NO_3^-$) à $10^{-3}$ mol.L⁻¹ et 100 mL d'une solution de chlorure de sodium ($Na^+, Cl^-$) à $10^{-3}$ mol.L⁻¹. Donnée : $K_s(AgCl) = 1,6 \cdot 10^{-10}$.

  1. Calculer les concentrations initiales des ions $Ag^+$ et $Cl^-$ après mélange.
  2. Y a-t-il formation d'un précipité ? Justifier.
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Exercice 2

Calculer la solubilité $s$ de l'hydroxyde de magnésium $Mg(OH)_2$ dans l'eau pure, puis dans une solution de $NaOH$ à $0,1$ mol.L⁻¹. Donnée : $K_s(Mg(OH)_2) = 10^{-11}$.

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Exercice 3

On veut dissoudre 0,01 mol de $PbCl_2$ dans 1 L d'eau. Est-ce possible ? Donnée : $K_s(PbCl_2) = 1,6 \cdot 10^{-5}$.

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