Physique · Prépa concours post-bac — IAV & ENA Meknès
Sens d'évolution 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
Pour une réaction d'équation : $aA + bB \rightleftharpoons cC + dD$, le quotient de réaction $Q_r$ est défini par :
$$Q_r = \frac{[C]^c_{éq} \cdot [D]^d_{éq}}{[A]^a_{éq} \cdot [B]^b_{éq}}$$
Les espèces solides et le solvant (eau) ont une activité égale à 1.
À l'équilibre, $Q_{r,éq} = K$, où $K$ est la constante d'équilibre ne dépendant que de la température.
Critère d'évolution spontanée :
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.
Comparer $Q_{r,i}$ à $K$ pour déterminer le sens d'évolution.
Utiliser le tableau d'avancement pour exprimer les concentrations à l'équilibre en fonction de $x_{éq}$.
Résoudre l'équation $K = \frac{(c \cdot x_{éq}/V)^c \dots}{(a \cdot C_0 - a \cdot x_{éq}/V)^a \dots}$ pour trouver $x_{éq}$.
Exemples corrigés
Soit la réaction $A + B \rightleftharpoons C + D$ avec $K=10$. Si $[A]_i=[B]_i=0,1$ mol/L et $[C]i=[D]i=0,2$ mol/L :
$Q{r,i} = \frac{0,2 \times 0,2}{0,1 \times 0,1} = 4$.
Comme $Q{r,i} < K$ ($4 < 10$), le système évolue dans le sens direct.
Erreurs fréquentes
Oublier les coefficients stoechiométriques dans les puissances.
Inclure l'eau dans l'expression de $Q_r$ alors qu'elle est le solvant.
Confuser $Q_{r,i}$ (valeur à l'instant $t$) et $K$ (valeur à l'équilibre).
🌉 Jisr : les mots du chapitre FR ⇄ AR
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Pour la réaction $A + B \rightleftharpoons C$, l'expression de $Q_r$ est :
❓ Questions fréquentes
Est-ce que les gaz interviennent dans Qr ?
Oui, si les gaz sont des réactifs ou des produits, leur pression partielle ou leur concentration intervient dans le calcul de $Q_r$.
💡 À retenir : Les gaz sont pris en compte.
Qu'est-ce qu'un système hors équilibre ?
C'est un système où $Q_r \neq K$. Il va évoluer spontanément pour que $Q_r$ devienne égal à $K$.
💡 À retenir : Tout système hors équilibre évolue.
C'est quoi la différence entre Qr et K ?
$Q_r$ est une valeur calculée à n'importe quel instant $t$ avec les concentrations du moment.
$K$ est une constante caractéristique de la réaction à une température donnée, elle ne change que si la température change.
💡 À retenir : $Q_r$ varie au cours du temps, $K$ est fixe.
Kifach n3ref wach tfa3ol ghadi l9odam ola lor ?
Hseb $Q_{r,i}$ b l'concentrations initiales.
9arnha m3a $K$ li 3tawk f tmarin.
Ila kan $Q_{r,i} < K$ -> sens direct (l9odam).
Ila kan $Q_{r,i} > K$ -> sens inverse (lor).
💡 À retenir : Le système cherche toujours à atteindre l'équilibre ($Q_r = K$).
Est-ce que le solide intervient dans le calcul de Qr ?
Non, les espèces solides ont une activité égale à 1, donc elles n'apparaissent pas dans l'expression du quotient de réaction.
💡 À retenir : Seules les espèces en solution (aq) et les gaz interviennent.
Wach l'eau dima kansawboha 1 f Qr ?
Oui, tant que l'eau est le solvant (milieu aqueux), son activité est considérée comme égale à 1.
💡 À retenir : L'eau ne figure jamais dans l'expression de $Q_r$ en solution aqueuse.
Comment calculer xeq si on connaît K ?
Établir le tableau d'avancement.
Exprimer les concentrations à l'équilibre en fonction de $x_{éq}$ et du volume $V$.
Remplacer dans l'expression de $K$.
Résoudre l'équation obtenue pour trouver $x_{éq}$.
💡 À retenir : La méthode du tableau d'avancement est indispensable.
Est-ce que K dépend de la concentration initiale ?
Non, $K$ dépend uniquement de la nature de la réaction et de la température.
💡 À retenir : $K$ est une constante thermodynamique.
Kifach n7seb Qr ila kan 3ndi l'volume b litre ?
$Q_r$ est sans unité.
Les concentrations doivent être en mol/L.
Si on te donne les quantités de matière $n$ en mol, divise par le volume $V$ en L pour avoir la concentration $[C] = n/V$.
💡 À retenir : Toujours convertir les volumes en litres.
Pourquoi le système évolue-t-il spontanément ?
Le système évolue spontanément pour minimiser son énergie libre et atteindre un état d'équilibre thermodynamique stable où $Q_r = K$.
💡 À retenir : C'est une recherche de stabilité.
Si Qr = K, est-ce que la réaction s'arrête ?
À l'échelle macroscopique, oui, on ne voit plus de changement. À l'échelle microscopique, les réactions directe et inverse continuent à la même vitesse.
💡 À retenir : C'est un équilibre dynamique.
Est-ce que la température change la valeur de K ?
Oui, la constante d'équilibre $K$ est une fonction de la température. Si la température change, la valeur de $K$ change.
💡 À retenir : $K = f(T)$.
✍️ Exercices type examen national
Exercice 1
On considère $A + B \rightleftharpoons C$. $K=10$. Initialement, $[A]_i=0,1$ mol/L, $[B]_i=0,1$ mol/L, $[C]i=0,5$ mol/L. Calculer $Q{r,i}$ et conclure.
Soit la réaction $A + B \rightleftharpoons C + D$ avec $K=1$. Initialement, on a $[A]=[B]=[C]=[D]=0,1$ mol/L. Le système est-il à l'équilibre ? Sinon, quel est le sens d'évolution ?
Pour une réaction d'équation : aA+bB⇌cC+dD, le quotient de réaction Qr est défini par :
Qr=[A]eˊqa⋅[B]eˊqb[C]eˊqc⋅[D]eˊqd
Les espèces solides et le solvant (eau) ont une activité égale à 1.
À l'équilibre, Qr,eˊq=K, où K est la constante d'équilibre ne dépendant que de la température.
Critère d'évolution spontanée :
Si Qr,i<K : le système évolue dans le sens direct.
Si Qr,i>K : le système évolue dans le sens inverse.
Si Qr,i=K : le système est en équilibre.
Méthodes à maîtriser
Calculer Qr,i à partir des concentrations initiales.
Comparer Qr,i à K pour déterminer le sens d'évolution.
Utiliser le tableau d'avancement pour exprimer les concentrations à l'équilibre en fonction de xeˊq.
Résoudre l'équation K=(a⋅C0−a⋅xeˊq/V)a…(c⋅xeˊq/V)c… pour trouver xeˊq.
Exemples corrigés
Soit la réaction A+B⇌C+D avec K=10. Si [A]i=[B]i=0,1 mol/L et [C]i=[D]i=0,2 mol/L :
Qr,i=0,1×0,10,2×0,2=4.
Comme Qr,i<K (4<10), le système évolue dans le sens direct.
Erreurs fréquentes
Oublier les coefficients stoechiométriques dans les puissances.
Inclure l'eau dans l'expression de Qr alors qu'elle est le solvant.
Confuser Qr,i (valeur à l'instant t) et K (valeur à l'équilibre).
Pour la réaction A+B⇌C, l'expression de Qr est :
[A][B]/[C]
[C]/([A][B])
[C]/([A]+[B])
[A][B][C]
Oui, si les gaz sont des réactifs ou des produits, leur pression partielle ou leur concentration intervient dans le calcul de Qr.
💡 À retenir : Les gaz sont pris en compte.
C'est un système où Qr=K. Il va évoluer spontanément pour que Qr devienne égal à K.
💡 À retenir : Tout système hors équilibre évolue.
Qr est une valeur calculée à n'importe quel instant t avec les concentrations du moment.
K est une constante caractéristique de la réaction à une température donnée, elle ne change que si la température change.
💡 À retenir : Qr varie au cours du temps, K est fixe.
Hseb Qr,i b l'concentrations initiales.
9arnha m3a K li 3tawk f tmarin.
Ila kan Qr,i<K -> sens direct (l9odam).
Ila kan Qr,i>K -> sens inverse (lor).
💡 À retenir : Le système cherche toujours à atteindre l'équilibre (Qr=K).
Oui, tant que l'eau est le solvant (milieu aqueux), son activité est considérée comme égale à 1.
💡 À retenir : L'eau ne figure jamais dans l'expression de Qr en solution aqueuse.
Établir le tableau d'avancement.
Exprimer les concentrations à l'équilibre en fonction de xeˊq et du volume V.
Remplacer dans l'expression de K.
Résoudre l'équation obtenue pour trouver xeˊq.
💡 À retenir : La méthode du tableau d'avancement est indispensable.
Non, K dépend uniquement de la nature de la réaction et de la température.
💡 À retenir : K est une constante thermodynamique.
Qr est sans unité.
Les concentrations doivent être en mol/L.
Si on te donne les quantités de matière n en mol, divise par le volume V en L pour avoir la concentration [C]=n/V.
💡 À retenir : Toujours convertir les volumes en litres.
Le système évolue spontanément pour minimiser son énergie libre et atteindre un état d'équilibre thermodynamique stable où Qr=K.
💡 À retenir : C'est une recherche de stabilité.
Oui, la constante d'équilibre K est une fonction de la température. Si la température change, la valeur de K change.
💡 À retenir : K=f(T).
Exercice 1
On considère A+B⇌C. K=10. Initialement, [A]i=0,1 mol/L, [B]i=0,1 mol/L, [C]i=0,5 mol/L. Calculer Qr,i et conclure.
Exercice 2
On mélange 0,1 mol d'acide éthanoïque et 0,1 mol d'éthanol dans un volume V=1 L. La constante d'équilibre est K=4. Déterminer le sens d'évolution.
Exercice 3
Soit la réaction A+B⇌C+D avec K=1. Initialement, on a [A]=[B]=[C]=[D]=0,1 mol/L. Le système est-il à l'équilibre ? Sinon, quel est le sens d'évolution ?