Chimie · Prépa concours post-bac — ENSA & ENSAM

Sens d'évolution spontanée d'un système 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 critère d'évolution spontanée permet de prédire le sens d'évolution d'un système chimique en comparant le quotient de réaction initial $Q_{r,i}$ à la constante d'équilibre $K$ .

Si $Q_{r,i} < K$ : Le système évolue spontanément dans le sens direct (formation des produits).
Si $Q_{r,i} > K$ : Le système évolue spontanément dans le sens inverse (formation des réactifs).
Si $Q_{r,i} = K$ : Le système est en état d'équilibre chimique, aucune évolution macroscopique n'est observée.

Méthodes à maîtriser

Calculer $Q_{r,i}$ : Utiliser l'expression $Q_r = \prod \frac{[C_i]^{c_i}}{C^0}$ en excluant les solides et le solvant (eau).
Comparer : Toujours comparer $Q_{r,i}$ avec $K$ (donnée ou calculée).
Conclure : Préciser le sens (direct ou inverse) en justifiant par la comparaison.

Exemples corrigés

Soit la réaction : $CH_3COOH_{(aq)} + C_2H_5OH_{(aq)} \rightleftharpoons CH_3COOC_2H_5_{(aq)} + H_2O_{(l)}$ . Si $Q_{r,i} = 0,5$ et $K = 4$ . Comme $Q_{r,i} < K$ , le système évolue dans le sens direct.

Erreurs fréquentes

Oublier que l'activité d'un solide ou du solvant est égale à 1.
Inverser le sens de l'inégalité lors de la comparaison.
Confondre $Q_{r,i}$ (valeur à $t=0$ ) et $K$ (valeur constante à température donnée).

L'essentiel du cours

Le critère d'évolution spontanée permet de prédire le sens d'évolution d'un système chimique en comparant le quotient de réaction initial $Q_{r,i}$ à la constante d'équilibre $K$.

Si $Q_{r,i} < K$ : Le système évolue spontanément dans le sens direct (formation des produits).
Si $Q_{r,i} > K$ : Le système évolue spontanément dans le sens inverse (formation des réactifs).
Si $Q_{r,i} = K$ : Le système est en état d'équilibre chimique, aucune évolution macroscopique n'est observée.

Méthodes à maîtriser

Calculer $Q_{r,i}$ : Utiliser l'expression $Q_r = \prod \frac{[C_i]^{c_i}}{C^0}$ en excluant les solides et le solvant (eau).
Comparer : Toujours comparer $Q_{r,i}$ avec $K$ (donnée ou calculée).
Conclure : Préciser le sens (direct ou inverse) en justifiant par la comparaison.

Exemples corrigés

Soit la réaction : $CH_3COOH_{(aq)} + C_2H_5OH_{(aq)} \rightleftharpoons CH_3COOC_2H_5_{(aq)} + H_2O_{(l)}$. Si $Q_{r,i} = 0,5$ et $K = 4$. Comme $Q_{r,i} < K$, le système évolue dans le sens direct.

Erreurs fréquentes

Oublier que l'activité d'un solide ou du solvant est égale à 1.
Inverser le sens de l'inégalité lors de la comparaison.
Confondre $Q_{r,i}$ (valeur à $t=0$) et $K$ (valeur constante à température donnée).

🌉 Jisr : les mots du chapitre FR ⇄ AR

Tu as appris les sciences en arabe ? Touche un mot pour voir sa traduction et une explication en darija.

La question que tu n'oses pas poser en classe ? Pose-la à UstadZéro jugement, même en darija, même à minuit. Il t'explique pas à pas et corrige ta démarche. Gratuit.Commencer gratuitement

Défi flash : 4 questions

Sans compte

🎯 Sens d'évolution spontanée d'un système chimique

1/4

Si $Q_{r,i} < K$ , le système évolue :

Si $Q_{r,i} < K$, le système évolue :

❓ Questions fréquentes

Est-ce que la pression influence K ?

Pour les réactions en phase gazeuse, la pression peut influencer le quotient de réaction, mais $K$ ne dépend que de la température.

💡 À retenir : $K$ est indépendante de la pression.

Pour les réactions en phase gazeuse, la pression peut influencer le quotient de réaction, mais $K$ ne dépend que de la température.

💡 À retenir : $K$ est indépendante de la pression.

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

Si $Q_{r,i} = 0$ , cela signifie qu'il n'y a aucun produit au départ. Le système évoluera obligatoirement dans le sens direct pour en former.

💡 À retenir : La réaction démarre forcément dans le sens direct.

Si $Q_{r,i} = 0$, cela signifie qu'il n'y a aucun produit au départ. Le système évoluera obligatoirement dans le sens direct pour en former.

💡 À retenir : La réaction démarre forcément dans le sens direct.

Comment savoir si le système est à l'équilibre ?

Calcule le quotient de réaction $Q_{r,i}$ avec les concentrations initiales.
Compare cette valeur avec la constante d'équilibre $K$ fournie dans l'énoncé.
Si $Q_{r,i} = K$ , alors le système est à l'équilibre.

💡 À retenir : À l'équilibre, le système n'évolue plus macroscopiquement.

Calcule le quotient de réaction $Q_{r,i}$ avec les concentrations initiales.
Compare cette valeur avec la constante d'équilibre $K$ fournie dans l'énoncé.
Si $Q_{r,i} = K$, alors le système est à l'équilibre.

💡 À retenir : À l'équilibre, le système n'évolue plus macroscopiquement.

Kifach n7seb Qr ila kan 3ndi chi corps solide f tfa3ol ?

L'activité d'un corps solide pur est toujours égale à 1.
Donc, tu ne l'écris pas dans l'expression de $Q_r$ .
Tu mets juste les concentrations des espèces en solution aqueuse ou les pressions partielles des gaz.

💡 À retenir : Les solides ne figurent jamais dans l'expression du quotient de réaction.

L'activité d'un corps solide pur est toujours égale à 1.
Donc, tu ne l'écris pas dans l'expression de $Q_r$.
Tu mets juste les concentrations des espèces en solution aqueuse ou les pressions partielles des gaz.

💡 À retenir : Les solides ne figurent jamais dans l'expression du quotient de réaction.

Est-ce que K change si on change les concentrations initiales ?

Non, la constante d'équilibre $K$ ne dépend que de la température. Elle reste fixe tant que la température du système ne varie pas.

💡 À retenir : $K = f(T)$ uniquement.

Non, la constante d'équilibre $K$ ne dépend que de la température. Elle reste fixe tant que la température du système ne varie pas.

💡 À retenir : $K = f(T)$ uniquement.

Wach momkin tfa3ol ybda f sens inverse dima ?

Oui, si le mélange initial contient déjà beaucoup de produits, il est possible que $Q_{r,i} > K$ . Dans ce cas, le système évolue dans le sens inverse pour réduire la quantité de produits.

💡 À retenir : La nature choisit le sens qui rapproche le système de l'équilibre ( $Q_r \to K$ ).

Oui, si le mélange initial contient déjà beaucoup de produits, il est possible que $Q_{r,i} > K$. Dans ce cas, le système évolue dans le sens inverse pour réduire la quantité de produits.

💡 À retenir : La nature choisit le sens qui rapproche le système de l'équilibre ($Q_r \to K$).

Quelle est l'unité de Qr ?

Le quotient de réaction $Q_r$ est une grandeur sans unité car il s'agit d'un rapport de concentrations divisées par la concentration standard $C^0 = 1 \text{ mol/L}$ .

💡 À retenir : $Q_r$ est toujours sans dimension.

Le quotient de réaction $Q_r$ est une grandeur sans unité car il s'agit d'un rapport de concentrations divisées par la concentration standard $C^0 = 1 \text{ mol/L}$.

💡 À retenir : $Q_r$ est toujours sans dimension.

Kifach n3ref wach tfa3ol ghadi l'9oddam ola l'lor ?

7seb $Q_{r,i}$ .
9arno m3a $K$ .
Ila kan $Q_{r,i} < K$ ghadi l'9oddam (sens direct).
Ila kan $Q_{r,i} > K$ ghadi l'lor (sens inverse).

💡 À retenir : Le système cherche toujours à atteindre $K$ .

7seb $Q_{r,i}$.
9arno m3a $K$.
Ila kan $Q_{r,i} < K$ ghadi l'9oddam (sens direct).
Ila kan $Q_{r,i} > K$ ghadi l'lor (sens inverse).

💡 À retenir : Le système cherche toujours à atteindre $K$.

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

Non, le catalyseur modifie uniquement la vitesse de la réaction (cinétique) mais n'a aucune influence sur l'état d'équilibre ou le sens d'évolution spontanée.

💡 À retenir : Le catalyseur n'affecte pas $K$ ni $Q_r$ .

Non, le catalyseur modifie uniquement la vitesse de la réaction (cinétique) mais n'a aucune influence sur l'état d'équilibre ou le sens d'évolution spontanée.

💡 À retenir : Le catalyseur n'affecte pas $K$ ni $Q_r$.

Pourquoi on ne met pas l'eau dans Qr quand elle est solvant ?

Parce que dans une solution aqueuse diluée, la concentration de l'eau est très grande et reste pratiquement constante. Par convention, son activité est prise égale à 1.

💡 À retenir : Le solvant est considéré comme pur, donc activité = 1.

Est-ce que le volume du mélange change Qr ?

Si le nombre de moles des produits et des réactifs est différent, une variation de volume change les concentrations et donc modifie $Q_r$ .

💡 À retenir : Le volume peut modifier $Q_r$ selon la stœchiométrie.

Si le nombre de moles des produits et des réactifs est différent, une variation de volume change les concentrations et donc modifie $Q_r$.

💡 À retenir : Le volume peut modifier $Q_r$ selon la stœchiométrie.

Est-ce que le sens d'évolution dépend de la quantité de matière ?

Oui, car $Q_r$ dépend des concentrations, qui elles-mêmes dépendent des quantités de matière initiales introduites dans le système.

💡 À retenir : La composition initiale dicte le sens d'évolution.

Oui, car $Q_r$ dépend des concentrations, qui elles-mêmes dépendent des quantités de matière initiales introduites dans le système.

💡 À retenir : La composition initiale dicte le sens d'évolution.

✍️ Exercices type examen national

Exercice 1

On mélange 0,1 mol de $Ag^+$ et 0,1 mol de $Fe^{2+}$ dans 1L d'eau. Réaction : $Ag^+_{(aq)} + Fe^{2+}_{(aq)} \rightleftharpoons Ag_{(s)} + Fe^{3+}_{(aq)}$ . Donnée : $K = 2,9$ . Déterminer le sens d'évolution.

Exercice 1

On mélange 0,1 mol de $Ag^+$ et 0,1 mol de $Fe^{2+}$ dans 1L d'eau. Réaction : $Ag^+{(aq)} + Fe^{2+}{(aq)} \rightleftharpoons Ag_{(s)} + Fe^{3+}_{(aq)}$. Donnée : $K = 2,9$. Déterminer le sens d'évolution.

Voir la correction détaillée : inscription gratuite

Exercice 2

Soit la réaction : $2Fe^{3+} + Sn \rightleftharpoons 2Fe^{2+} + Sn^{2+}$ . $K = 10^{22}$ . On a $[Fe^{3+}] = 10^{-3}$ M, $[Fe^{2+}] = 10^{-2}$ M, $[Sn^{2+}] = 10^{-2}$ M. Déterminer le sens d'évolution.

Exercice 2

Soit la réaction : $2Fe^{3+} + Sn \rightleftharpoons 2Fe^{2+} + Sn^{2+}$. $K = 10^{22}$. On a $[Fe^{3+}] = 10^{-3}$ M, $[Fe^{2+}] = 10^{-2}$ M, $[Sn^{2+}] = 10^{-2}$ M. Déterminer le sens d'évolution.

Voir la correction détaillée : inscription gratuite

Exercice 3

On mélange des réactifs tels que $Q_{r,i} = 100$ et $K = 10$ . Expliquer l'évolution du système.

Exercice 3

On mélange des réactifs tels que $Q_{r,i} = 100$ et $K = 10$. Expliquer l'évolution du système.

Voir la correction détaillée : inscription gratuite

Un prof de Chimie pour aller plus loin

Les cours du soir avec des profs vérifiés arrivent : inscris-toi pour être prévenu(e) en premier.

Être prévenu(e) gratuitement

Autres chapitres de Chimie

Transformation spontanée dans les piles et accumulation d'énergie Évolution temporelle des transformations chimiques - Suivi cinétique Transformations chimiques s'effectuant dans les deux sens État d'équilibre d'un système chimique Transformations associées à des réactions acide-base Évolution spontanée d'un système chimique Réactions d'estérification et d'hydrolyse Contrôle de l'évolution des systèmes chimiques Structure et propriétés de quelques molécules organiques Réactions de synthèse organique