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
Pour un système chimique siège d'une réaction d'équation : $aA + bB \rightleftharpoons cC + dD$, le quotient de réaction $Q_r$ est défini par :
$$Q_r = \frac{[C]^c_{eq} \cdot [D]^d_{eq}}{[A]^a_{eq} \cdot [B]^b_{eq}}$$
(en utilisant les concentrations molaires effectives).
Le critère d'évolution spontanée compare $Q_{r,i}$ (à l'état initial) à $K$ (constante d'équilibre) :
Si $Q_{r,i} < K$ : Le système évolue dans le sens direct (formation des produits).
Si $Q_{r,i} > K$ : Le système évolue dans le sens inverse (formation des réactifs).
Si $Q_{r,i} = K$ : Le système est en état d'équilibre.
Méthodes à maîtriser
Calculer $Q_{r,i}$ : Identifier les espèces en solution (solutés). Les solides et le solvant ont une activité égale à 1.
Comparer $Q_{r,i}$ et $K$ : Toujours vérifier les valeurs numériques.
Déterminer le sens : Utiliser l'axe des valeurs : $0 \to Q_{r,i} \to K \to \infty$. Si $Q_{r,i}$ est à gauche de $K$, sens direct.
Exemples corrigés
Exemple : Soit $Fe^{2+} + Ag^+ \rightleftharpoons Fe^{3+} + Ag(s)$ avec $K=3,2$. Si $Q_{r,i} = 0,5$, alors $Q_{r,i} < K$, donc évolution dans le sens direct.
Erreurs fréquentes
Oublier les coefficients stœchiométriques dans les puissances de $Q_r$.
Inclure les solides dans l'expression de $Q_r$ (ex: $Ag(s)$ ne doit pas apparaître).
Confondre $Q_r$ (valeur à un instant $t$) et $K$ (valeur à l'équilibre).
🌉 Jisr : les mots du chapitre FR ⇄ AR
Tu as appris les sciences en arabe ? Touche un mot pour voir sa traduction et une explication en darija.
Kifach n3ref wach l-jism khassni ndkhlo f Qr wla la?
Chof l-halat l-fiziya2iya dyal l-jism.
Ila kan (aq) (soluté), khassou y-koun f Qr.
Ila kan (s) (solide) aw (l) (liquide pur), l-activité dyalo hiya 1, ya3ni ma-kay-ban-ch f l-hisab.
💡 À retenir : Seuls les ions et les molécules dissoutes (aq) interviennent dans l'expression de $Q_r$.
Est-ce que K dépend de la température ?
Oui, la constante d'équilibre $K$ est une grandeur qui dépend uniquement de la température pour une réaction donnée. Si la température change, la valeur de $K$ change.
💡 À retenir : $K = f(T)$.
Kifach n-hseb Qr ila kan l-hajm dyal l-khalit m-ghayr?
$Q_r$ kay-t-hseb b t-trakizat $[X] = n/V$.
Ila kan l-hajm $V$ howa bidou l-koll, kay-mchiw l-V m3a b3dhom (ila kan majmo3 l-mo3amilat l-fardiya = majmo3 l-mo3amilat l-zawjiya).
Sinon, khassk t-hseb kol t-rkiz bohdoh.
💡 À retenir : Utilise toujours les concentrations effectives au moment considéré.
Si Q{r,i} = K, est-ce que la réaction s'arrête ?
Non, la réaction ne s'arrête pas au niveau microscopique. Les réactions directes et inverses continuent à se produire à la même vitesse, mais les concentrations ne changent plus. C'est un équilibre dynamique.
💡 À retenir : À l'équilibre, les vitesses de réaction directe et inverse sont égales.
Est-ce que Qr peut être négatif ?
Non, $Q_r$ est un rapport de concentrations (ou activités), et une concentration est toujours positive ou nulle. Donc $Q_r \geq 0$.
💡 À retenir : $Q_r$ est toujours positif.
Chno hiya l-far9 bin Qr et K ?
$Q_r$ hiya l-qima dyal l-khalit f ay lahda (ghadi t-tghayr), ama $K$ hiya l-qima li kay-wsel liha l-khalit fach kay-wsel l-halat t-tawazon (hiyya constante).
💡 À retenir : $Q_r$ varie, $K$ est fixe pour une température donnée.
Peut-on avoir K très grand ?
Oui, si $K > 10^4$, on considère que la réaction est quasi-totale dans le sens direct.
💡 À retenir : Plus $K$ est grand, plus la réaction est favorisée dans le sens direct.
Comment savoir si un système est à l'équilibre sans calculer Qr ?
On ne peut pas le savoir avec certitude sans calculer $Q_r$ et le comparer à $K$. Si les concentrations ne varient plus au cours du temps, alors le système est à l'équilibre.
💡 À retenir : L'absence de variation des mesures est le signe expérimental de l'équilibre.
Est-ce que les catalyseurs changent K ?
Non, le catalyseur accélère la réaction pour atteindre l'équilibre plus vite, mais il ne modifie pas la valeur de $K$ ni l'état final d'équilibre.
💡 À retenir : Le catalyseur n'a aucun effet sur $K$.
Si Q{r,i} = 0, que se passe-t-il ?
Cela signifie qu'il n'y a pas de produits au début. La réaction évoluera forcément dans le sens direct pour en créer.
💡 À retenir : $Q_{r,i} = 0$ implique une évolution spontanée vers la droite.
Pourquoi on utilise [C]/C^circ dans Qr ?
Pour que $Q_r$ soit une grandeur sans unité (adimensionnelle), car $C^\circ = 1 \text{ mol/L}$.
💡 À retenir : $Q_r$ est toujours sans unité.
Est-ce que la pression influence K ?
Pour les réactions en solution aqueuse, la pression a un effet négligeable. Pour les gaz, cela dépend des coefficients stœchiométriques. (à vérifier par le professeur : au niveau lycée, on se concentre sur les solutions).
💡 À retenir : En solution, on considère $K$ indépendant de la pression.
✍️ Exercices type examen national
Exercice 1
Soit la réaction : $Ag^+(aq) + Fe^{2+}(aq) \rightleftharpoons Ag(s) + Fe^{3+}(aq)$ avec $K = 3,2$.
On prépare un mélange où $[Ag^+] = 0,1$ mol/L, $[Fe^{2+}] = 0,1$ mol/L et $[Fe^{3+}] = 0,5$ mol/L.
Le système est-il à l'équilibre ? Sinon, dans quel sens évolue-t-il ?
On mélange 10 mL d'une solution de sulfate de cuivre II ($Cu^{2+} + SO_4^{2-}$) de concentration $C_1 = 0,1$ mol/L et 10 mL d'une solution de nitrate de fer II ($Fe^{2+} + 2NO_3^-$) de concentration $C_2 = 0,1$ mol/L.
L'équation de la réaction est : $Cu^{2+}(aq) + Fe(s) \rightleftharpoons Cu(s) + Fe^{2+}(aq)$.
Donnée : $K = 10^{26}$.
Déterminer le sens d'évolution spontanée.
Un système chimique est régi par l'équation $A(aq) + B(aq) \rightleftharpoons 2C(aq)$ avec $K = 0,25$.
Initialement, on a $[A] = 0,2$ mol/L, $[B] = 0,2$ mol/L et $[C] = 0,1$ mol/L.
Calculer $Q_{r,i}$ et conclure.
Pour un système chimique siège d'une réaction d'équation : aA+bB⇌cC+dD, le quotient de réaction Qr est défini par :
Qr=[A]eqa⋅[B]eqb[C]eqc⋅[D]eqd
(en utilisant les concentrations molaires effectives).
Le critère d'évolution spontanée compare Qr,i (à l'état initial) à K (constante d'équilibre) :
Si Qr,i<K : Le système évolue dans le sens direct (formation des produits).
Si Qr,i>K : Le système évolue dans le sens inverse (formation des réactifs).
Si Qr,i=K : Le système est en état d'équilibre.
Méthodes à maîtriser
Calculer Qr,i : Identifier les espèces en solution (solutés). Les solides et le solvant ont une activité égale à 1.
Comparer Qr,i et K : Toujours vérifier les valeurs numériques.
Déterminer le sens : Utiliser l'axe des valeurs : 0→Qr,i→K→∞. Si Qr,i est à gauche de K, sens direct.
Exemples corrigés
Exemple : Soit Fe2++Ag+⇌Fe3++Ag(s) avec K=3,2. Si Qr,i=0,5, alors Qr,i<K, donc évolution dans le sens direct.
Erreurs fréquentes
Oublier les coefficients stœchiométriques dans les puissances de Qr.
Inclure les solides dans l'expression de Qr (ex: Ag(s) ne doit pas apparaître).
Confondre Qr (valeur à un instant t) et K (valeur à l'équilibre).
Le quotient de réaction Qr est :
Chof l-halat l-fiziya2iya dyal l-jism.
Ila kan (aq) (soluté), khassou y-koun f Qr.
Ila kan (s) (solide) aw (l) (liquide pur), l-activité dyalo hiya 1, ya3ni ma-kay-ban-ch f l-hisab.
💡 À retenir : Seuls les ions et les molécules dissoutes (aq) interviennent dans l'expression de Qr.
Oui, la constante d'équilibre K est une grandeur qui dépend uniquement de la température pour une réaction donnée. Si la température change, la valeur de K change.
💡 À retenir : K=f(T).
Qr kay-t-hseb b t-trakizat [X]=n/V.
Ila kan l-hajm V howa bidou l-koll, kay-mchiw l-V m3a b3dhom (ila kan majmo3 l-mo3amilat l-fardiya = majmo3 l-mo3amilat l-zawjiya).
Sinon, khassk t-hseb kol t-rkiz bohdoh.
💡 À retenir : Utilise toujours les concentrations effectives au moment considéré.
Non, Qr est un rapport de concentrations (ou activités), et une concentration est toujours positive ou nulle. Donc Qr≥0.
💡 À retenir : Qr est toujours positif.
Qr hiya l-qima dyal l-khalit f ay lahda (ghadi t-tghayr), ama K hiya l-qima li kay-wsel liha l-khalit fach kay-wsel l-halat t-tawazon (hiyya constante).
💡 À retenir : Qr varie, K est fixe pour une température donnée.
Oui, si K>104, on considère que la réaction est quasi-totale dans le sens direct.
💡 À retenir : Plus K est grand, plus la réaction est favorisée dans le sens direct.
On ne peut pas le savoir avec certitude sans calculer Qr et le comparer à K. Si les concentrations ne varient plus au cours du temps, alors le système est à l'équilibre.
💡 À retenir : L'absence de variation des mesures est le signe expérimental de l'équilibre.
Non, le catalyseur accélère la réaction pour atteindre l'équilibre plus vite, mais il ne modifie pas la valeur de K ni l'état final d'équilibre.
💡 À retenir : Le catalyseur n'a aucun effet sur K.
Cela signifie qu'il n'y a pas de produits au début. La réaction évoluera forcément dans le sens direct pour en créer.
💡 À retenir : Qr,i=0 implique une évolution spontanée vers la droite.
Pour que Qr soit une grandeur sans unité (adimensionnelle), car C∘=1 mol/L.
💡 À retenir : Qr est toujours sans unité.
Pour les réactions en solution aqueuse, la pression a un effet négligeable. Pour les gaz, cela dépend des coefficients stœchiométriques. (à vérifier par le professeur : au niveau lycée, on se concentre sur les solutions).
💡 À retenir : En solution, on considère K indépendant de la pression.
Exercice 1
Soit la réaction : Ag+(aq)+Fe2+(aq)⇌Ag(s)+Fe3+(aq) avec K=3,2.
On prépare un mélange où [Ag+]=0,1 mol/L, [Fe2+]=0,1 mol/L et [Fe3+]=0,5 mol/L.
Le système est-il à l'équilibre ? Sinon, dans quel sens évolue-t-il ?
Exercice 2
On mélange 10 mL d'une solution de sulfate de cuivre II (Cu2++SO42−) de concentration C1=0,1 mol/L et 10 mL d'une solution de nitrate de fer II (Fe2++2NO3−) de concentration C2=0,1 mol/L.
L'équation de la réaction est : Cu2+(aq)+Fe(s)⇌Cu(s)+Fe2+(aq).
Donnée : K=1026.
Déterminer le sens d'évolution spontanée.
Exercice 3
Un système chimique est régi par l'équation A(aq)+B(aq)⇌2C(aq) avec K=0,25.
Initialement, on a [A]=0,2 mol/L, [B]=0,2 mol/L et [C]=0,1 mol/L.
Calculer Qr,i et conclure.