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

Sens d'évolution 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 quotient de réaction $Q_r$ pour une réaction $aA + bB \rightleftharpoons cC + dD$ est : $Q_r = \frac{[C]^c \cdot [D]^d}{[A]^a \cdot [B]^b}$ .

Si $Q_{r,i} < K$ : le système évolue dans le sens direct (formation des produits).
Si $Q_{r,i} > K$ : le système évolue dans le sens inverse (formation des réactifs).
Si $Q_{r,i} = K$ : le système est en équilibre. La constante d'équilibre $K$ ne dépend que de la température.

Méthodes à maîtriser

Calculer $Q_{r,i}$ : Utiliser les concentrations initiales. Attention aux solides et solvants (activité = 1).
Comparer $Q_{r,i}$ et $K$ : Toujours vérifier si la valeur de $K$ est donnée à la même température.
Déterminer le sens : Appliquer le critère d'évolution spontanée.

Exemples corrigés

Soit $A + B \rightleftharpoons C + D$ avec $K = 10^{-2}$ . Si $[A]_i = [B]_i = 0,1$ mol/L et $[C]_i = [D]_i = 0,01$ mol/L : $Q_{r,i} = \frac{0,01 \times 0,01}{0,1 \times 0,1} = 10^{-2}$ . Comme $Q_{r,i} = K$ , le système est déjà à l'équilibre.

Erreurs fréquentes

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

L'essentiel du cours

Le quotient de réaction $Q_r$ pour une réaction $aA + bB \rightleftharpoons cC + dD$ est : $Q_r = \frac{[C]^c \cdot [D]^d}{[A]^a \cdot [B]^b}$.

Si $Q_{r,i} < K$ : le système évolue dans le sens direct (formation des produits).
Si $Q_{r,i} > K$ : le système évolue dans le sens inverse (formation des réactifs).
Si $Q_{r,i} = K$ : le système est en équilibre. La constante d'équilibre $K$ ne dépend que de la température.

Méthodes à maîtriser

Calculer $Q_{r,i}$ : Utiliser les concentrations initiales. Attention aux solides et solvants (activité = 1).
Comparer $Q_{r,i}$ et $K$ : Toujours vérifier si la valeur de $K$ est donnée à la même température.
Déterminer le sens : Appliquer le critère d'évolution spontanée.

Exemples corrigés

Soit $A + B \rightleftharpoons C + D$ avec $K = 10^{-2}$. Si $[A]_i = [B]_i = 0,1$ mol/L et $[C]i = [D]i = 0,01$ mol/L : $Q{r,i} = \frac{0,01 \times 0,01}{0,1 \times 0,1} = 10^{-2}$. Comme $Q{r,i} = K$, le système est déjà à l'équilibre.

Erreurs fréquentes

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

🌉 Jisr : les mots du chapitre FR ⇄ AR

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🎯 Sens d'évolution d'un système chimique

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Le quotient de réaction $Q_r$ est :

❓ Questions fréquentes

Comment savoir si une réaction est totale ou limitée ?

Calcule le taux d'avancement final $\tau = \frac{x_{f}}{x_{max}}$ .
Si $\tau = 1$ , la réaction est totale.
Si $\tau < 1$ , la réaction est limitée.

💡 À retenir : Une réaction est limitée si elle atteint un état d'équilibre chimique.

Calcule le taux d'avancement final $\tau = \frac{x_{f}}{x_{max}}$.
Si $\tau = 1$, la réaction est totale.
Si $\tau < 1$, la réaction est limitée.

💡 À retenir : Une réaction est limitée si elle atteint un état d'équilibre chimique.

Kifach n3ref wach tfa3ol ghadi y3ti nawatij ola la?

7seb $Q_{r,i}$ b lmo3adalat lbidaiya.
Qarn $Q_{r,i}$ m3a $K$ (li katkon m3tiya f tmarin).
Ila kan $Q_{r,i} < K$ , tfa3ol ghadi y3ti nawatij (sens direct).

💡 À retenir : $Q_{r,i} < K$ = sens direct.

7seb $Q_{r,i}$ b lmo3adalat lbidaiya.
Qarn $Q_{r,i}$ m3a $K$ (li katkon m3tiya f tmarin).
Ila kan $Q_{r,i} < K$, tfa3ol ghadi y3ti nawatij (sens direct).

💡 À retenir : $Q_{r,i} < K$ = sens direct.

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

Non, la constante d'équilibre $K$ est une caractéristique de la réaction à une température donnée. Elle ne dépend pas des concentrations initiales.

💡 À retenir : $K$ ne dépend que de la température $T$ .

Non, la constante d'équilibre $K$ est une caractéristique de la réaction à une température donnée. Elle ne dépend pas des concentrations initiales.

💡 À retenir : $K$ ne dépend que de la température $T$.

Wach lma (H2O) kandkhloh f l'expression dyal Qr ?

Non, l'eau est le solvant dans les solutions aqueuses, son activité est considérée comme égale à 1.

💡 À retenir : Solvant et solides pur = activité 1.

Kifach n7seb Q{r,eq} ?

C'est la même formule que $Q_r$ , mais tu utilises les concentrations à l'équilibre : $Q_{r,eq} = K$ .

💡 À retenir : À l'équilibre, $Q_r = K$ .

C'est la même formule que $Q_r$, mais tu utilises les concentrations à l'équilibre : $Q_{r,eq} = K$.

💡 À retenir : À l'équilibre, $Q_r = K$.

Pourquoi le système évolue-t-il vers l'équilibre ?

Le système cherche spontanément à minimiser son énergie libre. L'état d'équilibre correspond à l'état de stabilité maximale.

💡 À retenir : L'équilibre est l'état thermodynamique le plus stable.

Est-ce que K peut être négative ?

Non, $K$ est un rapport de concentrations (ou activités), donc elle est toujours strictement positive.

💡 À retenir : $K > 0$ toujours.

Non, $K$ est un rapport de concentrations (ou activités), donc elle est toujours strictement positive.

💡 À retenir : $K > 0$ toujours.

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

Cela signifie qu'il n'y a pas de produits au départ. Le système évoluera forcément dans le sens direct pour en former.

💡 À retenir : $Q_{r,i} = 0$ implique une évolution directe.

Cela signifie qu'il n'y a pas de produits au départ. Le système évoluera forcément dans le sens direct pour en former.

💡 À retenir : $Q_{r,i} = 0$ implique une évolution directe.

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

Oui, car la valeur de $K$ change avec la température. Un changement de température peut modifier le rapport $Q_{r,i}/K$ .

💡 À retenir : $K = f(T)$ .

Oui, car la valeur de $K$ change avec la température. Un changement de température peut modifier le rapport $Q_{r,i}/K$.

💡 À retenir : $K = f(T)$.

Comment on écrit Qr pour un solide ?

Le solide ne figure pas dans l'expression de $Q_r$ car son activité est 1.

💡 À retenir : Ignorer les solides dans $Q_r$ .

Le solide ne figure pas dans l'expression de $Q_r$ car son activité est 1.

💡 À retenir : Ignorer les solides dans $Q_r$.

Est-ce que Qr a une unité ?

Non, le quotient de réaction est une grandeur sans dimension.

💡 À retenir : $Q_r$ est sans unité.

Non, le quotient de réaction est une grandeur sans dimension.

💡 À retenir : $Q_r$ est sans unité.

Wach momkin Qr ykon kbar mn 1 ?

Oui, tout à fait. $Q_r$ peut être très grand ou très petit selon la valeur de $K$ .

💡 À retenir : $Q_r$ n'a pas de limite de valeur.

Oui, tout à fait. $Q_r$ peut être très grand ou très petit selon la valeur de $K$.

💡 À retenir : $Q_r$ n'a pas de limite de valeur.

✍️ Exercices type examen national

Exercice 1

On mélange 0,1 mol d'acide éthanoïque et 0,1 mol d'éthanol dans un litre. $K = 4$ .

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

Exercice 1

On mélange 0,1 mol d'acide éthanoïque et 0,1 mol d'éthanol dans un litre. $K = 4$.

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

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Exercice 2

Soit la réaction : $Fe^{2+} + Ag^+ \rightleftharpoons Fe^{3+} + Ag(s)$ . $K = 3,2$ . Données : $[Fe^{2+}] = 0,1$ M, $[Ag^+] = 0,1$ M, $[Fe^{3+}] = 0,5$ M. Calculer $Q_{r,i}$ et conclure.

Exercice 2

Soit la réaction : $Fe^{2+} + Ag^+ \rightleftharpoons Fe^{3+} + Ag(s)$. $K = 3,2$. Données : $[Fe^{2+}] = 0,1$ M, $[Ag^+] = 0,1$ M, $[Fe^{3+}] = 0,5$ M. Calculer $Q_{r,i}$ et conclure.

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Exercice 3

Une solution contient $10^{-3}$ mol/L de $Cu^{2+}$ et $10^{-3}$ mol/L de $Zn^{2+}$ . On ajoute du zinc métallique. $K = 10^{37}$ . Déterminer le sens d'évolution.

Exercice 3

Une solution contient $10^{-3}$ mol/L de $Cu^{2+}$ et $10^{-3}$ mol/L de $Zn^{2+}$. On ajoute du zinc métallique. $K = 10^{37}$. Déterminer le sens d'évolution.

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