Physique · Prépa concours post-bac — ISPITS (paramédical)

Étude des systèmes chimiques (Évolution spontanée)

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 $aA + bB \rightleftharpoons cC + dD$ est : $Q_r = \frac{[C]^c \cdot [D]^d}{[A]^a \cdot [B]^b}$ .
Le critère d'évolution :
- Si $Q_{r,i} < K$ : le système évolue dans le sens direct (1).
- Si $Q_{r,i} > K$ : le système évolue dans le sens inverse (2).
- Si $Q_{r,i} = K$ : le système est en équilibre.
La constante d'équilibre $K$ dépend uniquement de la température.

Méthodes à maîtriser

Calculer $Q_{r,i}$ à partir des concentrations initiales.
Comparer $Q_{r,i}$ à $K$ pour déterminer le sens d'évolution.
Écrire les demi-équations électroniques aux électrodes.

Exemples corrigés

Soit $Cu^{2+} + Fe \rightleftharpoons Cu + Fe^{2+}$ avec $K=10^{26}$ . Si $Q_{r,i} = 10^{-2}$ , alors $Q_{r,i} < K$ , le système évolue dans le sens direct.

Erreurs fréquentes

Oublier de ne pas inclure les solides dans l'expression de $Q_r$ .
Confondre le sens direct et inverse lors de la comparaison avec $K$ .

L'essentiel du cours

Le quotient de réaction $Q_r$ pour une réaction $aA + bB \rightleftharpoons cC + dD$ est : $Q_r = \frac{[C]^c \cdot [D]^d}{[A]^a \cdot [B]^b}$.
Le critère d'évolution :
- Si $Q_{r,i} < K$ : le système évolue dans le sens direct (1).
- Si $Q_{r,i} > K$ : le système évolue dans le sens inverse (2).
- Si $Q_{r,i} = K$ : le système est en équilibre.
La constante d'équilibre $K$ dépend uniquement de la température.

Méthodes à maîtriser

Calculer $Q_{r,i}$ à partir des concentrations initiales.
Comparer $Q_{r,i}$ à $K$ pour déterminer le sens d'évolution.
Écrire les demi-équations électroniques aux électrodes.

Exemples corrigés

Soit $Cu^{2+} + Fe \rightleftharpoons Cu + Fe^{2+}$ avec $K=10^{26}$. Si $Q_{r,i} = 10^{-2}$, alors $Q_{r,i} < K$, le système évolue dans le sens direct.

Erreurs fréquentes

Oublier de ne pas inclure les solides dans l'expression de $Q_r$.
Confondre le sens direct et inverse lors de la comparaison avec $K$.

🌉 Jisr : les mots du chapitre FR ⇄ AR

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🎯 Étude des systèmes chimiques (Évolution spontanée)

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Le quotient de réaction $Q_r$ est défini par :

❓ Questions fréquentes

Kifach n3ref wach tafa3ol kamil wla la?

7seb l-qima dyal $Q_{r,eq}$ (li hiya $K$ ).
Ila kan $K > 10^4$ , tafa3ol kanketbroh kamil.
Ila kan $K < 10^4$ , tafa3ol ghayr kamil (t-tawazon).

💡 À retenir : K > 10^4 = réaction totale.

7seb l-qima dyal $Q_{r,eq}$ (li hiya $K$).
Ila kan $K > 10^4$, tafa3ol kanketbroh kamil.
Ila kan $K < 10^4$, tafa3ol ghayr kamil (t-tawazon).

💡 À retenir : K > 10^4 = réaction totale.

Est-ce que l'eau intervient dans le quotient de réaction ?

Non, si l'eau est le solvant, sa concentration est considérée comme constante et elle n'apparaît pas dans l'expression de $Q_r$ .

💡 À retenir : Solvant = concentration constante = 1 dans $Q_r$ .

Non, si l'eau est le solvant, sa concentration est considérée comme constante et elle n'apparaît pas dans l'expression de $Q_r$.

💡 À retenir : Solvant = concentration constante = 1 dans $Q_r$.

Kifach n7seb Q{r,i} ila 3tawni ghir l-ktal?

7seb n (mol) dyal kol fard b-tariqat $n = m/M$ .
7seb t-tarkiz $[C] = n/V$ .
3awd f l-formula dyal $Q_r$ .

💡 À retenir : Toujours passer par la quantité de matière avant le quotient.

7seb n (mol) dyal kol fard b-tariqat $n = m/M$.
7seb t-tarkiz $[C] = n/V$.
3awd f l-formula dyal $Q_r$.

💡 À retenir : Toujours passer par la quantité de matière avant le quotient.

Le quotient de réaction change-t-il avec le temps ?

Oui, le quotient de réaction $Q_r$ varie au cours du temps jusqu'à ce qu'il atteigne la valeur de la constante d'équilibre $K$ .

💡 À retenir : $Q_r(t) \to K$ à l'équilibre.

Oui, le quotient de réaction $Q_r$ varie au cours du temps jusqu'à ce qu'il atteigne la valeur de la constante d'équilibre $K$.

💡 À retenir : $Q_r(t) \to K$ à l'équilibre.

Est-ce que K dépend de la concentration initiale ?

Non, $K$ est une constante qui ne dépend que de la température pour une réaction donnée.

💡 À retenir : $K = f(T)$ uniquement.

Non, $K$ est une constante qui ne dépend que de la température pour une réaction donnée.

💡 À retenir : $K = f(T)$ uniquement.

Wach l-mowassila (conductivité) kat3aweni f had l-chapiitre?

Ah, kat3awen bzaf bach n7sbo t-tarkiz dyal l-ayounat f 7alat t-tawazon b-tariqat $\sigma = \sum \lambda_i [X_i]$ .

💡 À retenir : $\sigma$ permet de trouver les concentrations à l'équilibre.

Ah, kat3awen bzaf bach n7sbo t-tarkiz dyal l-ayounat f 7alat t-tawazon b-tariqat $\sigma = \sum \lambda_i [X_i]$.

💡 À retenir : $\sigma$ permet de trouver les concentrations à l'équilibre.

Comment savoir quel est le sens direct ?

Le sens direct est celui écrit dans l'équation bilan de gauche à droite.

💡 À retenir : Sens 1 = gauche vers droite.

Est-ce que les solides apparaissent dans Qr ?

Non, les espèces solides ont une activité égale à 1, donc on ne les écrit pas dans l'expression du quotient.

💡 À retenir : Solide = 1.

Pourquoi le système évolue-t-il ?

Le système évolue spontanément pour minimiser son énergie et atteindre l'état d'équilibre thermodynamique.

💡 À retenir : Équilibre = état de stabilité.

Est-ce que Qr peut être négatif ?

Non, $Q_r$ est un rapport de concentrations, donc il est toujours strictement positif.

💡 À retenir : $Q_r > 0$ .

Non, $Q_r$ est un rapport de concentrations, donc il est toujours strictement positif.

💡 À retenir : $Q_r > 0$.

Kifach n3ref l-qotb l-moujab f l-pila?

L-qotb l-moujab howa l-katod (li kayt-ikhtazal fih l-mouksid).

💡 À retenir : Cathode = pôle positif.

La température change-t-elle K ?

Oui, la valeur de la constante d'équilibre $K$ change si la température du milieu réactionnel change.

💡 À retenir : $T \uparrow \implies K$ change.

Oui, la valeur de la constante d'équilibre $K$ change si la température du milieu réactionnel change.

💡 À retenir : $T \uparrow \implies K$ change.

✍️ Exercices type examen national

Exercice 1

On mélange $V=100$ mL d'une solution de sulfate de cuivre ( $Cu^{2+} + SO_4^{2-}$ ) de concentration $C_1 = 0,1$ mol/L et une lame de fer de masse $m = 2$ g. Données : $M(Fe) = 56$ g/mol, $K = 10^{26}$ pour $Cu^{2+} + Fe \rightleftharpoons Cu + Fe^{2+}$ .

Calculer $Q_{r,i}$ .
Déterminer le sens d'évolution.

Exercice 1

On mélange $V=100$ mL d'une solution de sulfate de cuivre ($Cu^{2+} + SO_4^{2-}$) de concentration $C_1 = 0,1$ mol/L et une lame de fer de masse $m = 2$ g. Données : $M(Fe) = 56$ g/mol, $K = 10^{26}$ pour $Cu^{2+} + Fe \rightleftharpoons Cu + Fe^{2+}$.

Calculer $Q_{r,i}$.
Déterminer le sens d'évolution.

Voir la correction détaillée : inscription gratuite

Exercice 2

Soit la réaction $Ag^+ + Fe^{2+} \rightleftharpoons Ag + Fe^{3+}$ avec $K = 0,3$ . On introduit des concentrations initiales : $[Ag^+]_i = 0,1$ mol/L, $[Fe^{2+}]_i = 0,1$ mol/L, $[Fe^{3+}]_i = 0,2$ mol/L. Déterminer le sens d'évolution.

Exercice 2

Soit la réaction $Ag^+ + Fe^{2+} \rightleftharpoons Ag + Fe^{3+}$ avec $K = 0,3$. On introduit des concentrations initiales : $[Ag^+]_i = 0,1$ mol/L, $[Fe^{2+}]_i = 0,1$ mol/L, $[Fe^{3+}]_i = 0,2$ mol/L. Déterminer le sens d'évolution.

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Exercice 3

Un système chimique est à l'équilibre avec $K=10^{-2}$ . On ajoute un réactif. Que devient $Q_r$ ?

Exercice 3

Un système chimique est à l'équilibre avec $K=10^{-2}$. On ajoute un réactif. Que devient $Q_r$ ?

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