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
Le sens d'évolution spontanée d'un système chimique est déterminé par la comparaison entre le quotient de réaction initial $Q_{r,i}$ et la constante d'équilibre $K$.
Le quotient de réaction $Q_r$ pour une équation $aA + bB \rightleftharpoons cC + dD$ est : $Q_r = \frac{[C]^c \cdot [D]^d}{[A]^a \cdot [B]^b}$ (les espèces solides et le solvant ne figurent pas).
Critère d'évolution :
Si $Q_{r,i} < K$ : Le système évolue dans le sens direct (sens 1).
Si $Q_{r,i} > K$ : Le système évolue dans le sens inverse (sens 2).
Si $Q_{r,i} = K$ : Le système est en état d'équilibre chimique.
Dans une pile, le sens du courant est imposé par la réaction spontanée. L'anode est le siège de l'oxydation, la cathode celui de la réduction.
Méthodes à maîtriser
Calculer $Q_{r,i}$ : Identifier les concentrations initiales de toutes les espèces en solution. Attention aux unités (mol/L).
Comparer à $K$ : Toujours vérifier si la valeur de $K$ est donnée ou si elle doit être calculée via $K = \frac{[C]{eq}^c \cdot [D]{eq}^d}{[A]{eq}^a \cdot [B]{eq}^b}$.
Déterminer la polarité d'une pile : Identifier le couple qui subit l'oxydation (perte d'électrons, pôle -) et celui qui subit la réduction (gain d'électrons, pôle +).
Exemples corrigés
Soit la réaction : $Cu^{2+} + Fe \rightleftharpoons Cu + Fe^{2+}$ avec $K = 10^{26}$.
Si $[Cu^{2+}]_i = 10^{-2} \text{ mol/L}$ et $[Fe^{2+}]i = 10^{-1} \text{ mol/L}$ :
$Q{r,i} = \frac{[Fe^{2+}]_i}{[Cu^{2+}]_i} = \frac{10^{-1}}{10^{-2}} = 10$.
Comme $10 < 10^{26}$, le système évolue dans le sens direct.
Erreurs fréquentes
Oublier d'inclure les coefficients stœchiométriques comme exposants dans $Q_r$.
Inverser le sens de l'inégalité lors de la comparaison.
Confondre le quotient de réaction $Q_r$ (valeur instantanée) avec la constante $K$ (valeur à l'équilibre).
Oublier que les solides ont une activité égale à 1.
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🎯 Sens d'évolution spontanée d'un système chimique
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Pour une réaction avec $K=10^{-5}$, si $Q_{r,i}=10^{-2}$, le système évolue :
❓ Questions fréquentes
Est-ce que le quotient de réaction dépend de la température ?
Oui, le quotient de réaction $Q_r$ dépend des concentrations instantanées, mais la constante d'équilibre $K$ dépend exclusivement de la température. Si tu changes la température, la valeur de $K$ change, ce qui peut modifier le sens d'évolution spontanée du système.
💡 À retenir : $K$ est une fonction de la température $T$.
Kifach n7seb Q{r,i} ila kan 3ndi gaz f tafa3ol ?
Si tu as un gaz, tu peux utiliser sa pression partielle $P_{gaz}$ dans l'expression du quotient de réaction. La formule devient $Q_r = \frac{P_{gaz}/P^\circ}{...}$ où $P^\circ = 1,013 \times 10^5 \text{ Pa}$ est la pression standard. Cependant, au lycée, on travaille souvent avec des concentrations en solution aqueuse.
💡 À retenir : Pour un gaz, on utilise $P/P^\circ$ dans $Q_r$.
Est-ce que le solvant (l'eau) intervient dans le calcul de Qr ?
Non, dans le programme de terminale, l'activité du solvant (l'eau) est considérée comme égale à 1. Il n'apparaît donc jamais dans l'expression du quotient de réaction $Q_r$.
💡 À retenir : L'eau est le solvant, son activité est 1.
Wash Qr kaytbeddel ila zedna lma ?
Oui, si tu ajoutes de l'eau, tu dilues les espèces en solution. Les concentrations $[C]$ diminuent, ce qui change la valeur de $Q_r$. Cela peut faire basculer le système d'un état d'équilibre vers une évolution spontanée.
💡 À retenir : La dilution modifie $Q_r$ mais pas $K$.
Kifach n3ref chkoun li anode o chkoun li cathode f pile ?
Écris l'équation de la réaction spontanée.
Identifie l'espèce qui s'oxyde (perte d'électrons) : c'est l'anode (pôle -).
Identifie l'espèce qui se réduit (gain d'électrons) : c'est la cathode (pôle +).
💡 À retenir : Anode = Oxydation = Pôle (-).
Si Q{r,i} = K, est-ce que la réaction s'arrête ?
Au niveau macroscopique, oui, on a l'impression que la réaction s'arrête car les concentrations ne changent plus. Mais au niveau microscopique, les réactions directe et inverse continuent à la même vitesse. C'est un équilibre dynamique.
💡 À retenir : L'équilibre est dynamique, pas statique.
Est-ce que les catalyseurs changent le sens d'évolution ?
Non, un catalyseur accélère la vitesse de réaction (sens direct et inverse), mais il ne modifie pas la constante d'équilibre $K$ ni la valeur de $Q_{r,i}$. Il ne change donc pas le sens d'évolution spontanée.
💡 À retenir : Le catalyseur n'a aucun effet sur l'état d'équilibre.
Chno hiya l'activite d'une espèce chimique ?
C'est une grandeur sans unité qui représente la "concentration effective" d'une espèce. Pour un soluté, c'est $[C]/C^\circ$ (avec $C^\circ = 1 \text{ mol/L}$). Pour un solide pur ou un solvant, elle vaut 1.
💡 À retenir : L'activité est sans dimension.
Comment savoir si une réaction est totale ou limitée ?
Une réaction est considérée comme totale si sa constante d'équilibre $K$ est très grande ($K > 10^4$). Si $K$ est modérée, la réaction est limitée et conduit à un état d'équilibre.
💡 À retenir : $K > 10^4 \implies$ Réaction totale.
Est-ce que le sens d'évolution dépend de la quantité de matière ou de la concentration ?
Le quotient de réaction dépend des concentrations (mol/L). Si tu as une grande quantité de matière dans un très grand volume, la concentration peut être faible. C'est la concentration qui compte.
💡 À retenir : $Q_r$ utilise les concentrations molaires.
Est-ce que Qr peut être négatif ?
Non, $Q_r$ est un quotient de concentrations ou d'activités, qui sont toujours des grandeurs positives. Par conséquent, $Q_r$ est toujours strictement positif.
💡 À retenir : $Q_r > 0$ toujours.
Pourquoi on dit "sens d'évolution spontanée" ?
Parce qu'il s'agit du sens dans lequel le système évolue sans intervention extérieure (sans apport d'énergie, sans changement de température). C'est la thermodynamique qui dicte cette évolution vers l'état d'équilibre.
💡 À retenir : Le système tend naturellement vers $K$.
✍️ Exercices type examen national
Exercice 1
On mélange une solution de sulfate de cuivre II ($Cu^{2+} + SO_4^{2-}$) de concentration $C_1 = 10^{-2} \text{ mol/L}$ et une solution de nitrate d'argent ($Ag^+ + NO_3^-$) de concentration $C_2 = 10^{-2} \text{ mol/L}$.
L'équation de la réaction est : $Cu(s) + 2Ag^+(aq) \rightleftharpoons Cu^{2+}(aq) + 2Ag(s)$.
La constante d'équilibre est $K = 2 \times 10^{15}$.
Déterminer le sens d'évolution spontanée du système.
On considère une pile constituée d'une électrode de zinc plongeant dans une solution de $Zn^{2+}$ ($0,1 \text{ mol/L}$) et d'une électrode de plomb plongeant dans une solution de $Pb^{2+}$ ($0,01 \text{ mol/L}$).
Équation : $Zn(s) + Pb^{2+}(aq) \rightleftharpoons Zn^{2+}(aq) + Pb(s)$.
$K = 2 \times 10^8$.
Déterminer la polarité de la pile.
Soit la réaction d'estérification : $CH_3COOH + C_2H_5OH \rightleftharpoons CH_3COOC_2H_5 + H_2O$.
On mélange 1 mol d'acide et 1 mol d'alcool dans un volume $V$. La constante d'équilibre est $K = 4$.
Le système est-il à l'équilibre ? Sinon, dans quel sens évolue-t-il ?
Le sens d'évolution spontanée d'un système chimique est déterminé par la comparaison entre le quotient de réaction initial Qr,i et la constante d'équilibre K.
Le quotient de réaction Qr pour une équation aA+bB⇌cC+dD est : Qr=[A]a⋅[B]b[C]c⋅[D]d (les espèces solides et le solvant ne figurent pas).
Critère d'évolution :
Si Qr,i<K : Le système évolue dans le sens direct (sens 1).
Si Qr,i>K : Le système évolue dans le sens inverse (sens 2).
Si Qr,i=K : Le système est en état d'équilibre chimique.
Dans une pile, le sens du courant est imposé par la réaction spontanée. L'anode est le siège de l'oxydation, la cathode celui de la réduction.
Méthodes à maîtriser
Calculer Qr,i : Identifier les concentrations initiales de toutes les espèces en solution. Attention aux unités (mol/L).
Comparer à K : Toujours vérifier si la valeur de K est donnée ou si elle doit être calculée via K=[A]eqa⋅[B]eqb[C]eqc⋅[D]eqd.
Déterminer la polarité d'une pile : Identifier le couple qui subit l'oxydation (perte d'électrons, pôle -) et celui qui subit la réduction (gain d'électrons, pôle +).
Exemples corrigés
Soit la réaction : Cu2++Fe⇌Cu+Fe2+ avec K=1026.
Si [Cu2+]i=10−2 mol/L et [Fe2+]i=10−1 mol/L :
Qr,i=[Cu2+]i[Fe2+]i=10−210−1=10.
Comme 10<1026, le système évolue dans le sens direct.
Erreurs fréquentes
Oublier d'inclure les coefficients stœchiométriques comme exposants dans Qr.
Inverser le sens de l'inégalité lors de la comparaison.
Confondre le quotient de réaction Qr (valeur instantanée) avec la constante K (valeur à l'équilibre).
Oublier que les solides ont une activité égale à 1.
Pour une réaction avec K=10−5, si Qr,i=10−2, le système évolue :
Oui, le quotient de réaction Qr dépend des concentrations instantanées, mais la constante d'équilibre K dépend exclusivement de la température. Si tu changes la température, la valeur de K change, ce qui peut modifier le sens d'évolution spontanée du système.
💡 À retenir : K est une fonction de la température T.
Si tu as un gaz, tu peux utiliser sa pression partielle Pgaz dans l'expression du quotient de réaction. La formule devient Qr=...Pgaz/P∘ où P∘=1,013×105 Pa est la pression standard. Cependant, au lycée, on travaille souvent avec des concentrations en solution aqueuse.
💡 À retenir : Pour un gaz, on utilise P/P∘ dans Qr.
Non, dans le programme de terminale, l'activité du solvant (l'eau) est considérée comme égale à 1. Il n'apparaît donc jamais dans l'expression du quotient de réaction Qr.
💡 À retenir : L'eau est le solvant, son activité est 1.
Oui, si tu ajoutes de l'eau, tu dilues les espèces en solution. Les concentrations [C] diminuent, ce qui change la valeur de Qr. Cela peut faire basculer le système d'un état d'équilibre vers une évolution spontanée.
💡 À retenir : La dilution modifie Qr mais pas K.
Non, un catalyseur accélère la vitesse de réaction (sens direct et inverse), mais il ne modifie pas la constante d'équilibre K ni la valeur de Qr,i. Il ne change donc pas le sens d'évolution spontanée.
💡 À retenir : Le catalyseur n'a aucun effet sur l'état d'équilibre.
C'est une grandeur sans unité qui représente la "concentration effective" d'une espèce. Pour un soluté, c'est [C]/C∘ (avec C∘=1 mol/L). Pour un solide pur ou un solvant, elle vaut 1.
💡 À retenir : L'activité est sans dimension.
Une réaction est considérée comme totale si sa constante d'équilibre K est très grande (K>104). Si K est modérée, la réaction est limitée et conduit à un état d'équilibre.
💡 À retenir : K>104⟹ Réaction totale.
Le quotient de réaction dépend des concentrations (mol/L). Si tu as une grande quantité de matière dans un très grand volume, la concentration peut être faible. C'est la concentration qui compte.
💡 À retenir : Qr utilise les concentrations molaires.
Non, Qr est un quotient de concentrations ou d'activités, qui sont toujours des grandeurs positives. Par conséquent, Qr est toujours strictement positif.
💡 À retenir : Qr>0 toujours.
Parce qu'il s'agit du sens dans lequel le système évolue sans intervention extérieure (sans apport d'énergie, sans changement de température). C'est la thermodynamique qui dicte cette évolution vers l'état d'équilibre.
💡 À retenir : Le système tend naturellement vers K.
Exercice 1
On mélange une solution de sulfate de cuivre II (Cu2++SO42−) de concentration C1=10−2 mol/L et une solution de nitrate d'argent (Ag++NO3−) de concentration C2=10−2 mol/L.
L'équation de la réaction est : Cu(s)+2Ag+(aq)⇌Cu2+(aq)+2Ag(s).
La constante d'équilibre est K=2×1015.
Déterminer le sens d'évolution spontanée du système.
Exercice 2
On considère une pile constituée d'une électrode de zinc plongeant dans une solution de Zn2+ (0,1 mol/L) et d'une électrode de plomb plongeant dans une solution de Pb2+ (0,01 mol/L).
Équation : Zn(s)+Pb2+(aq)⇌Zn2+(aq)+Pb(s).
K=2×108.
Déterminer la polarité de la pile.
Exercice 3
Soit la réaction d'estérification : CH3COOH+C2H5OH⇌CH3COOC2H5+H2O.
On mélange 1 mol d'acide et 1 mol d'alcool dans un volume V. La constante d'équilibre est K=4.
Le système est-il à l'équilibre ? Sinon, dans quel sens évolue-t-il ?