I.4.2.Réponses possibles aux questions 2), 3), 4), 5) à partir du savoir savant

Les questions 2), 3), 4) et 5) présentent une grande similitude et portent toutes sur l’effet d’une perturbation apportée à un système chimique en équilibre.

Nous voulions savoir quels sont les modèles mobilisés par les étudiants pour prévoir l’évolution d’un système chimique lors d’une perturbation apportée à ce système.

Selon le savoir savant, le modèle de Nernst est le modèle le plus convenable qui permet de prédire cette évolution. Les réponses acceptables à ces questions peuvent se déduire aussi à partir de la courbe. En fait la courbe n’est qu’une représentation graphique de l’évolution du potentiel du système chimique.

Pour répondre aux questions 2), 3), 4) et 5), l’étudiant doit raisonner à partir de l’équation de la réaction et de l’équation de Nernst.

L’équation de la réaction est :

Le potentiel du système chimique est donné à partir des équations de Nernst relatives aux deux couples MnO4 -/Mn2+ et Fe3+/Fe2+

On peut utiliser l’une ou l’autre des relations. On choisit celle qui est la plus commode : la première avant l’équivalence, les deux à l’équivalence, la seconde après l’équivalence.

L’équilibre est caractérisé par la constante

Au point A, les concentrations des entités sont les suivantes :

Concernant la deuxième question, l’ajout d’une solution de sulfate de manganèse Mn2++SO4 2- à SA ne pourra pas affecter l’équilibre du système car la réaction directe est quasi-totale, seule la concentration [Mn2+] augmente. Ceci peut se traduire par un déplacement sur la courbe indiquant une diminution du potentiel du système. Cette diminution est due à l’augmentation de la concentration [Mn2+] mais n’indique pas un déplacement d’équilibre du système.

Pour la troisième question, l’ajout d’une solution de permanganate de potassium K++MnO4 - à SA ne pourra pas affecter l’équilibre du système car la concentration [Fe2+] est infinitésimale, c’est seulement la concentration [MnO4 -] qui va augmenter. Ceci peut se traduire par un déplacement sur la courbe indiquant une augmentation du potentiel du système. Cette augmentation est due à l’augmentation de la concentration [MnO4 -] mais n’indique pas un déplacement d’équilibre du système.

Concernant la quatrième question, l’ajout d’une solution de sulfate ferrique 2 Fe3+ + 3 SO4 2- à SA ne pourra pas affecter l’équilibre du système car la réaction directe est quasi-totale, c’est seulement la concentration [Fe3+] qui va augmenter. Ceci peut se traduire par un déplacement sur la courbe indiquant une augmentation du potentiel du système. Cette augmentation est due à l’augmentation de la concentration [Fe3+] mais n’indique pas un déplacement d’équilibre du système.

Pour la cinquième question, l’ajout d’ une solution de sulfate ferreux Fe2+ + SO4 2- à SA ne pourra pas affecter l’équilibre du système car la concentration [MnO4 -] est infinitésimale, c’est seulement la concentration [Fe2+] qui va augmenter. Ceci peut se traduire par un déplacement sur la courbe indiquant une diminution du potentiel du système. Cette diminution est due à l’augmentation de la concentration [Fe2+] mais n’indique pas un déplacement d’équilibre du système.