Physique · Prépa concours post-bac — ENSA & ENSAM

Sens d'évolution spontanée d'un groupe chimique

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 quotient de réaction $Q_r$ pour une réaction d'équation $aA + bB \rightleftharpoons cC + dD$ est défini par : $Q_r = \frac{[C]^{c}_{eq} \cdot [D]^{d}_{eq}}{[A]^{a}_{eq} \cdot [B]^{b}_{eq}}$ (Les activités des solides et du solvant sont égales à 1).

Si $Q_{r,i} < K$ : Le système évolue dans le sens direct.
Si $Q_{r,i} > K$ : Le système évolue dans le sens inverse.
Si $Q_{r,i} = K$ : Le système est en équilibre.

Méthodes à maîtriser

Calculer $Q_{r,i}$ à partir des concentrations initiales données.
Comparer $Q_{r,i}$ à la constante d'équilibre $K$ (donnée ou calculée).
Déduire le sens d'évolution spontanée.

Exemples corrigés

Soit la réaction $Ag^+ + Fe^{2+} \rightleftharpoons Ag(s) + Fe^{3+}$ avec $K = 3,2$ . Si $[Ag^+]_i = 0,1 mol/L$ , $[Fe^{2+}]_i = 0,1 mol/L$ , $[Fe^{3+}]_i = 0,01 mol/L$ . $Q_{r,i} = \frac{[Fe^{3+}]_i}{[Ag^+]_i \cdot [Fe^{2+}]_i} = \frac{0,01}{0,1 \cdot 0,1} = 1$ . Comme $Q_{r,i} < K$ , le système évolue dans le sens direct.

Erreurs fréquentes

Oublier les coefficients stœchiométriques dans les puissances de $Q_r$ .
Inclure l'eau (solvant) ou les solides dans l'expression de $Q_r$ .
Confuser $Q_{r,i}$ (état initial) et $K$ (constante d'équilibre).

L'essentiel du cours

Le quotient de réaction $Q_r$ pour une réaction d'équation $aA + bB \rightleftharpoons cC + dD$ est défini par : $$Q_r = \frac{[C]^{c}{eq} \cdot [D]^{d}{eq}}{[A]^{a}{eq} \cdot [B]^{b}{eq}}$$ (Les activités des solides et du solvant sont égales à 1).

Si $Q_{r,i} < K$ : Le système évolue dans le sens direct.
Si $Q_{r,i} > K$ : Le système évolue dans le sens inverse.
Si $Q_{r,i} = K$ : Le système est en équilibre.

Méthodes à maîtriser

Calculer $Q_{r,i}$ à partir des concentrations initiales données.
Comparer $Q_{r,i}$ à la constante d'équilibre $K$ (donnée ou calculée).
Déduire le sens d'évolution spontanée.

Exemples corrigés

Soit la réaction $Ag^+ + Fe^{2+} \rightleftharpoons Ag(s) + Fe^{3+}$ avec $K = 3,2$. Si $[Ag^+]_i = 0,1 mol/L$, $[Fe^{2+}]_i = 0,1 mol/L$, $[Fe^{3+}]i = 0,01 mol/L$. $Q{r,i} = \frac{[Fe^{3+}]_i}{[Ag^+]_i \cdot [Fe^{2+}]i} = \frac{0,01}{0,1 \cdot 0,1} = 1$. Comme $Q{r,i} < K$, le système évolue dans le sens direct.

Erreurs fréquentes

Oublier les coefficients stœchiométriques dans les puissances de $Q_r$.
Inclure l'eau (solvant) ou les solides dans l'expression de $Q_r$.
Confuser $Q_{r,i}$ (état initial) et $K$ (constante d'équilibre).

🌉 Jisr : les mots du chapitre FR ⇄ AR

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Défi flash : 4 questions

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🎯 Sens d'évolution spontanée d'un groupe chimique

1/4

Pour la réaction $A + B \rightleftharpoons C$ , si $Q_{r,i} = K$ , le système est :

Pour la réaction $A + B \rightleftharpoons C$, si $Q_{r,i} = K$, le système est :

❓ Questions fréquentes

Est-ce que la température influence le sens d'évolution ?

Oui, la constante d'équilibre $K$ dépend uniquement de la température. Si on change la température, $K$ change, ce qui peut modifier le sens d'évolution spontanée du système.

💡 À retenir : $K = f(T)$ .

Oui, la constante d'équilibre $K$ dépend uniquement de la température. Si on change la température, $K$ change, ce qui peut modifier le sens d'évolution spontanée du système.

💡 À retenir : $K = f(T)$.

Kifach n7seb Qr ila kan 3ndi gaz f tafa3ol ?

Pour les gaz, on utilise la pression partielle $P_i$ au lieu de la concentration $[C]$ . La formule devient $Q_r = \frac{(P_C/P^\circ)^c \cdot (P_D/P^\circ)^d}{(P_A/P^\circ)^a \cdot (P_B/P^\circ)^b}$ , où $P^\circ = 1,013 \cdot 10^5 Pa$ .

💡 À retenir : Pour les gaz, on travaille avec les pressions partielles.

Pour les gaz, on utilise la pression partielle $P_i$ au lieu de la concentration $[C]$. La formule devient $Q_r = \frac{(P_C/P^\circ)^c \cdot (P_D/P^\circ)^d}{(P_A/P^\circ)^a \cdot (P_B/P^\circ)^b}$, où $P^\circ = 1,013 \cdot 10^5 Pa$.

💡 À retenir : Pour les gaz, on travaille avec les pressions partielles.

Est-ce qu'un système peut rester immobile ?

Oui, si le système est déjà à l'équilibre ( $Q_{r,i} = K$ ), il n'y a aucune évolution spontanée, le système reste dans son état initial.

💡 À retenir : Équilibre = pas d'évolution.

Oui, si le système est déjà à l'équilibre ($Q_{r,i} = K$), il n'y a aucune évolution spontanée, le système reste dans son état initial.

💡 À retenir : Équilibre = pas d'évolution.

Wach l-mou3adalat dyal tafa3ol katbdel ila tbedel l-man7a ?

Non, l'équation reste la même, c'est juste le sens de la réaction qui change. Par contre, la valeur de la constante d'équilibre devient $K' = 1/K$ .

💡 À retenir : Inverser le sens = inverser la constante.

Non, l'équation reste la même, c'est juste le sens de la réaction qui change. Par contre, la valeur de la constante d'équilibre devient $K' = 1/K$.

💡 À retenir : Inverser le sens = inverser la constante.

Comment savoir si un système est en équilibre ?

Il suffit de comparer la valeur de $Q_{r,i}$ calculée à partir des concentrations initiales avec la valeur de $K$ fournie dans l'énoncé. Si $Q_{r,i} = K$ , le système est à l'équilibre.

💡 À retenir : $Q_{r,i} = K \iff$ Équilibre.

Il suffit de comparer la valeur de $Q_{r,i}$ calculée à partir des concentrations initiales avec la valeur de $K$ fournie dans l'énoncé. Si $Q_{r,i} = K$, le système est à l'équilibre.

💡 À retenir : $Q_{r,i} = K \iff$ Équilibre.

Kifach n3ref wach tafa3ol ghadi l-qodam wla l-lor ?

Calcule $Q_{r,i}$ avec les concentrations initiales.
Compare avec $K$ .
Si $Q_{r,i} < K$ , c'est le sens direct (vers les produits).
Si $Q_{r,i} > K$ , c'est le sens inverse (vers les réactifs).

💡 À retenir : $Q_{r,i} < K \to$ direct ; $Q_{r,i} > K \to$ inverse.

Calcule $Q_{r,i}$ avec les concentrations initiales.
Compare avec $K$.
Si $Q_{r,i} < K$, c'est le sens direct (vers les produits).
Si $Q_{r,i} > K$, c'est le sens inverse (vers les réactifs).

💡 À retenir : $Q_{r,i} < K \to$ direct ; $Q_{r,i} > K \to$ inverse.

Les solides sont-ils toujours ignorés dans Qr ?

Oui, dans le programme du baccalauréat, l'activité d'un solide pur est égale à 1, donc il n'apparaît pas dans l'expression du quotient de réaction.

💡 À retenir : Solide = 1.

Est-ce que le catalyseur change le sens d'évolution ?

Non, un catalyseur augmente seulement la vitesse de réaction, il n'a aucun effet sur la position de l'équilibre ni sur le sens d'évolution spontanée.

💡 À retenir : Catalyseur = vitesse seulement.

Pourquoi on utilise Q{r,i} et pas Qr tout court ?

On utilise $Q_{r,i}$ pour désigner le quotient de réaction à l'instant initial $t=0$ . C'est la valeur qui permet de prédire le sens d'évolution futur du système.

💡 À retenir : $i$ pour initial.

On utilise $Q_{r,i}$ pour désigner le quotient de réaction à l'instant initial $t=0$. C'est la valeur qui permet de prédire le sens d'évolution futur du système.

💡 À retenir : $i$ pour initial.

Si Q{r,i} = 0, que se passe-t-il ?

Cela signifie qu'il n'y a aucun produit dans le milieu réactionnel. Le système évoluera obligatoirement dans le sens direct pour former des produits.

💡 À retenir : $Q_{r,i} = 0 \implies$ sens direct.

Cela signifie qu'il n'y a aucun produit dans le milieu réactionnel. Le système évoluera obligatoirement dans le sens direct pour former des produits.

💡 À retenir : $Q_{r,i} = 0 \implies$ sens direct.

Est-ce que le volume change Q{r,i} ?

Si le volume change, les concentrations changent. Si les concentrations changent, $Q_{r,i}$ change, ce qui peut modifier le sens d'évolution.

💡 À retenir : Le volume influence les concentrations.

Si le volume change, les concentrations changent. Si les concentrations changent, $Q_{r,i}$ change, ce qui peut modifier le sens d'évolution.

💡 À retenir : Le volume influence les concentrations.

Est-ce que le nombre de moles total change ?

Pendant l'évolution spontanée, le nombre de moles des réactifs diminue et celui des produits augmente (ou inversement), donc le nombre de moles total peut varier selon la stœchiométrie.

💡 À retenir : Évolution = variation des quantités de matière.

✍️ Exercices type examen national

Exercice 1

Soit la réaction : $CH_3COOH(aq) + C_2H_5OH(aq) \rightleftharpoons CH_3COOC_2H_5(aq) + H_2O(l)$ . On mélange $0,1 mol$ d'acide, $0,1 mol$ d'alcool et $0,1 mol$ d'ester dans un volume $V = 1 L$ . La constante d'équilibre est $K = 4$ . Déterminer le sens d'évolution spontanée.

Exercice 1

Soit la réaction : $CH_3COOH(aq) + C_2H_5OH(aq) \rightleftharpoons CH_3COOC_2H_5(aq) + H_2O(l)$. On mélange $0,1 mol$ d'acide, $0,1 mol$ d'alcool et $0,1 mol$ d'ester dans un volume $V = 1 L$. La constante d'équilibre est $K = 4$. Déterminer le sens d'évolution spontanée.

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Exercice 2

On considère la réaction : $Cu^{2+}(aq) + Fe(s) \rightleftharpoons Cu(s) + Fe^{2+}(aq)$ avec $K = 10^{26}$ . Initialement, $[Cu^{2+}]_i = 10^{-2} mol/L$ et $[Fe^{2+}]_i = 10^{-3} mol/L$ . Déterminer le sens d'évolution.

Exercice 2

On considère la réaction : $Cu^{2+}(aq) + Fe(s) \rightleftharpoons Cu(s) + Fe^{2+}(aq)$ avec $K = 10^{26}$. Initialement, $[Cu^{2+}]_i = 10^{-2} mol/L$ et $[Fe^{2+}]_i = 10^{-3} mol/L$. Déterminer le sens d'évolution.

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Exercice 3

Une solution contient $0,05 mol/L$ de $Ag^+$ et $0,05 mol/L$ de $Fe^{2+}$ . Réaction : $Ag^+ + Fe^{2+} \rightleftharpoons Ag(s) + Fe^{3+}$ . $K = 3,2$ . Calculer $Q_{r,i}$ et conclure. Si on ajoute des ions $Fe^{3+}$ pour atteindre $[Fe^{3+}] = 0,2 mol/L$ , quel est le nouveau sens ?

Exercice 3

Une solution contient $0,05 mol/L$ de $Ag^+$ et $0,05 mol/L$ de $Fe^{2+}$. Réaction : $Ag^+ + Fe^{2+} \rightleftharpoons Ag(s) + Fe^{3+}$. $K = 3,2$. Calculer $Q_{r,i}$ et conclure. Si on ajoute des ions $Fe^{3+}$ pour atteindre $[Fe^{3+}] = 0,2 mol/L$, quel est le nouveau sens ?

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