Exercice : Solution aqueuse d'acide chlorhydrique

On considère une solution aqueuse d'acide chlorhydrique, contenant 0,098 mol/L de molécules HCl, 0,001 mol/L d'ions H3O+ et 0,001 mole d'ions Cl−.

On rappelle que l'acide chlorhydrique est un acide fort.

Question

  1. Le système considéré est-il à l'équilibre ?

  2. Écrire la réaction réversible de dissociation de l'acide chlorhydrique.

  3. Écrire une relation (inégalité) entre les potentiels chimiques[1] des espèces en présence dans le mélange.

Indice

Un acide fort est un acide qui se dissocie presque totalement en solution.

Écrivez simplement la réaction de dissociation, puis son affinité[2].

Solution

  1. l'acide chlorhydrique étant un acide fort, il est (presque) entièrement dissocié : à l'équilibre, il ne doit plus rester que des traces de HCl. L'état considéré est loin d'être un état d'équilibre.

  2. La réaction de dissociation s'écrit :

    \[\textrm{HCl}+\textrm{H}_{2}\textrm{O} \rightleftharpoons \textrm{H}_{3}\textrm{O}^{\textrm{+}}+{\textrm{Cl}}^{\textrm{-}}\]

    ce qui, pour un thermodynamicien, devient :

    \[0=\textrm{H}_{3}\textrm{O}^{\mathrm{+}}+{\textrm{Cl}}^{\mathrm{-}}-\textrm{HCl}-\textrm{H}_{2}\textrm{O}\]

  3. L'affinité[2] de la réaction s'écrit :

    \[\mathrm{A}={\mu }_{\textrm{HCL}}+{\mu }_{\textrm{H}_{2}\textrm{O}}-{\mu }_{\textrm{H}_{3}\textrm{O}^{\mathrm{+}}}-{\mu }_{{\textrm{Cl}}^{\mathrm{-}}}\]

    et cette affinité[2] étant, dans l'état considéré, strictement positive (la réaction doit encore évoluer dans le sens positif), on a donc :

    \[{\mu }_{\textrm{HCL}}+{\mu }_{\textrm{H}_{2}\textrm{O}}>{\mu }_{\textrm{H}_{3}\textrm{O}^{\mathrm{+}}}+{\mu }_{{\textrm{Cl}}^{\mathrm{-}}}\]