Transformations chimiques s'effectuant dans les deux sens
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
Une transformation est dite limitée si elle ne s'effectue pas totalement dans un sens. L'état final est un état d'équilibre chimique où les concentrations des réactifs et produits ne varient plus.
Quotient de réaction : Pour une équation $aA + bB \rightleftharpoons cC + dD$, on a :
$$Q_r = \frac{[C]^{c}{eq} \cdot [D]^{d}{eq}}{[A]^{a}{eq} \cdot [B]^{b}{eq}}$$
Constante d'équilibre : À l'équilibre, $Q_{r,eq} = K(T)$. $K$ ne dépend que de la température.
Taux d'avancement final : $\tau = \frac{x_{eq}}{x_{max}}$. Si $\tau < 1$, la réaction est limitée.
🎯 Transformations chimiques s'effectuant dans les deux sens
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Le taux d'avancement final τ est :
❓ Questions fréquentes
Est-ce que K change si on ajoute de l'eau ?
Non, la constante d'équilibre $K$ est une caractéristique thermodynamique qui ne dépend que de la température $T$. Si tu ajoutes de l'eau, tu modifies le quotient de réaction $Q_r$ et donc l'état d'équilibre, mais la valeur de $K$ reste inchangée.
💡 À retenir : $K(T)$ est constante pour une réaction donnée à une température donnée.
Hseb $x_{eq}$ men lma3tayat (pH, conductivité...).
Hseb $\tau = x_{eq} / x_{max}$.
Ila kan $\tau = 1$, tafa3ol koli.
Ila kan $\tau < 1$, tafa3ol mahdoud.
💡 À retenir : $\tau < 1$ signifie que la réaction est limitée.
Est-ce que les solides interviennent dans Qr ?
Non, dans l'expression du quotient de réaction $Q_r$, on ne fait figurer que les espèces en solution aqueuse (ions ou molécules dissoutes) et les gaz. Les espèces solides ont une activité égale à 1 et n'apparaissent donc pas dans le calcul.
💡 À retenir : Solides et solvant pur (eau) ne sont pas dans $Q_r$.
wach pH kayat'ater b pKA?
Oui, le pH d'une solution dépend de la force de l'acide (donc de son $pK_A$) et de la concentration. Plus le $pK_A$ est faible, plus l'acide est fort, et plus le pH sera bas pour une même concentration.
💡 À retenir : $pH = pK_A + \log([Base]/[Acide])$.
kifach n7seb x{max} ila kan lma f lferat?
Ila kan lma f lferat (solvant), kanakhdo lmotafa3il lakhor howa lmohid. $x_{max}$ kaysawi lkamiyat dyal lmadat dyal lmotafa3il lakhor.
💡 À retenir : $x_{max}$ = n(réactif limitant).
Pourquoi on utilise le pH pour calculer tau ?
Parce que le pH mesure directement la concentration en ions oxonium $[H_3O^+]{eq}$ présents à l'équilibre. Comme ces ions sont souvent des produits de la réaction, cela permet de calculer $x{eq}$ facilement.
💡 À retenir : $[H_3O^+]_{eq} = 10^{-pH}$.
Est-ce que Qr est toujours égal à K ?
Non, $Q_r$ est une valeur instantanée qui évolue au cours du temps. $Q_r$ devient égal à $K$ uniquement lorsque le système atteint son état d'équilibre chimique.
💡 À retenir : À l'équilibre, $Q_{r,eq} = K$.
wach l'etat d'equilibre kaytbedel ila zedna l'acide?
Oui, si tu ajoutes de l'acide, tu modifies les concentrations initiales. Le système va évoluer pour retrouver un nouvel état d'équilibre afin que le quotient de réaction soit à nouveau égal à $K$.
💡 À retenir : Le système réagit pour contrer la perturbation.
Comment calculer K à partir de pKA ?
La relation est $K_A = 10^{-pK_A}$. Si la réaction est $AH + H_2O \rightleftharpoons A^- + H_3O^+$, alors $K = K_A$.
💡 À retenir : $K = 10^{-pK_A}$.
kifach n3ref l'acide l'aqwa bin jwadj?
Li 3endo $pK_A$ sghir, howa l'acide l'aqwa.
💡 À retenir : Plus $pK_A$ est petit, plus l'acide est fort.
Est-ce que la température influence x{eq} ?
Oui, car la constante d'équilibre $K$ dépend de la température. Si $K$ change, alors la position de l'équilibre se déplace, ce qui modifie la valeur de $x_{eq}$.
💡 À retenir : $T$ modifie $K$, donc modifie $x_{eq}$.
Est-ce que toutes les réactions acide-base sont limitées ?
La plupart des réactions entre un acide faible et l'eau sont limitées. Cependant, les réactions entre un acide fort et une base forte sont considérées comme totales.
💡 À retenir : Acide faible + Eau = Limité.
✍️ Exercices type examen national
Exercice 1
On mélange $V = 100$ mL d'une solution d'acide éthanoïque $CH_3COOH$ de concentration $C = 1,0 \times 10^{-2}$ mol/L. Le pH mesuré est 3,4.
On considère la réaction : $CH_3COOH + HO^- \rightleftharpoons CH_3COO^- + H_2O$.
$K = 10^{4,75}$.
Si on mélange des quantités égales de réactifs à $0,1$ mol/L, calculer $Q_r$ initial et prédire le sens d'évolution.
Une transformation est dite limitée si elle ne s'effectue pas totalement dans un sens. L'état final est un état d'équilibre chimique où les concentrations des réactifs et produits ne varient plus.
Quotient de réaction : Pour une équation aA+bB⇌cC+dD, on a :
Qr=[A]eqa⋅[B]eqb[C]eqc⋅[D]eqd
Constante d'équilibre : À l'équilibre, Qr,eq=K(T). K ne dépend que de la température.
Taux d'avancement final : τ=xmaxxeq. Si τ<1, la réaction est limitée.
Réaction acide-base : AH+H2O⇌A−+H3O+.
Constante d'acidité : KA=[AH]eq[A−]eq⋅[H3O+]eq. On définit pKA=−log(KA).
Méthodes à maîtriser
Calculer xeq : Utiliser le pH pour trouver [H3O+]eq=10−pH, puis déduire xeq via le tableau d'avancement.
Calculer τ : Toujours comparer xeq à xmax (déterminé par le réactif limitant).
Lien pH et pKA : Utiliser la relation pH=pKA+log([Acide][Base]).
Exemples corrigés
Exemple : Solution d'acide éthanoïque à C=0,1 mol/L, pH = 2,9.
xeq=[H3O+]⋅V=10−2,9⋅V.
xmax=C⋅V=0,1⋅V.
τ=0,110−2,9≈0,0126 soit 1,26%.
Erreurs fréquentes
Oublier que K dépend de la température.
Confondre xeq (état d'équilibre) et xmax (réaction totale).
Ne pas inclure l'eau dans l'expression de Qr (l'eau est le solvant, son activité est 1).
Égal à xeq/xmax
Non, la constante d'équilibre K est une caractéristique thermodynamique qui ne dépend que de la température T. Si tu ajoutes de l'eau, tu modifies le quotient de réaction Qr et donc l'état d'équilibre, mais la valeur de K reste inchangée.
💡 À retenir : K(T) est constante pour une réaction donnée à une température donnée.
Bach t3ref, khassek thseb τ (nisbat taqadom):
Hseb xmax b lferdiya an tafa3ol koli.
Hseb xeq men lma3tayat (pH, conductivité...).
Hseb τ=xeq/xmax.
Ila kan τ=1, tafa3ol koli.
Ila kan τ<1, tafa3ol mahdoud.
💡 À retenir : τ<1 signifie que la réaction est limitée.
Non, dans l'expression du quotient de réaction Qr, on ne fait figurer que les espèces en solution aqueuse (ions ou molécules dissoutes) et les gaz. Les espèces solides ont une activité égale à 1 et n'apparaissent donc pas dans le calcul.
💡 À retenir : Solides et solvant pur (eau) ne sont pas dans Qr.
Oui, le pH d'une solution dépend de la force de l'acide (donc de son pKA) et de la concentration. Plus le pKA est faible, plus l'acide est fort, et plus le pH sera bas pour une même concentration.
💡 À retenir : pH=pKA+log([Base]/[Acide]).
Ila kan lma f lferat (solvant), kanakhdo lmotafa3il lakhor howa lmohid. xmax kaysawi lkamiyat dyal lmadat dyal lmotafa3il lakhor.
💡 À retenir : xmax = n(réactif limitant).
Parce que le pH mesure directement la concentration en ions oxonium [H3O+]eq présents à l'équilibre. Comme ces ions sont souvent des produits de la réaction, cela permet de calculer xeq facilement.
💡 À retenir : [H3O+]eq=10−pH.
Non, Qr est une valeur instantanée qui évolue au cours du temps. Qr devient égal à K uniquement lorsque le système atteint son état d'équilibre chimique.
💡 À retenir : À l'équilibre, Qr,eq=K.
Oui, si tu ajoutes de l'acide, tu modifies les concentrations initiales. Le système va évoluer pour retrouver un nouvel état d'équilibre afin que le quotient de réaction soit à nouveau égal à K.
💡 À retenir : Le système réagit pour contrer la perturbation.
La relation est KA=10−pKA. Si la réaction est AH+H2O⇌A−+H3O+, alors K=KA.
💡 À retenir : K=10−pKA.
Li 3endo pKA sghir, howa l'acide l'aqwa.
💡 À retenir : Plus pKA est petit, plus l'acide est fort.
Oui, car la constante d'équilibre K dépend de la température. Si K change, alors la position de l'équilibre se déplace, ce qui modifie la valeur de xeq.
💡 À retenir : T modifie K, donc modifie xeq.
Exercice 1
On mélange V=100 mL d'une solution d'acide éthanoïque CH3COOH de concentration C=1,0×10−2 mol/L. Le pH mesuré est 3,4.
Écrire l'équation de la réaction.
Calculer xeq.
Calculer xmax et τ.
La réaction est-elle totale ?
Exercice 2
On considère la réaction : CH3COOH+HO−⇌CH3COO−+H2O.
K=104,75.
Si on mélange des quantités égales de réactifs à 0,1 mol/L, calculer Qr initial et prédire le sens d'évolution.
Exercice 3
Calculer le pKA du couple NH4+/NH3 sachant qu'une solution de NH3 à 0,05 mol/L a un pH de 10,8.