Physique · Agronomie, vétérinaire & architecture — ENA Meknès (agriculture)

Étude des systèmes chimiques (Évolution spontanée et sens d'évolution)

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

Quotient de réaction ( $Q_r$ ) : Pour une réaction $aA + bB \rightleftharpoons cC + dD$ , on a $Q_r = \frac{[C]^c \cdot [D]^d}{[A]^a \cdot [B]^b}$ (les espèces solides ou solvants ne sont pas incluses).
Constante d'équilibre ( $K$ ) : C'est la valeur du quotient de réaction à l'équilibre : $Q_{r,éq} = K$ . Elle dépend uniquement de la température.
Critère d'évolution :
- Si $Q_r < K$ : Évolution spontanée dans le sens direct (1).
- Si $Q_r > K$ : Évolution spontanée dans le sens inverse (2).
- Si $Q_r = K$ : Le système est en équilibre chimique.
Piles : Une pile transforme l'énergie chimique en énergie électrique. Elle est composée de deux demi-piles reliées par un pont salin.

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 aux électrodes d'une pile (Oxydation à l'anode, Réduction à la cathode).
Déterminer la polarité d'une pile (le pôle (+) est la cathode, le pôle (-) est l'anode).

Exemples corrigés

Exemple 1 : Soit $Q_{r,i} = 10^{-3}$ et $K = 10^{-2}$ . Comme $Q_{r,i} < K$ , le système évolue dans le sens direct.
Exemple 2 : Dans une pile Daniell ( $Zn/Cu$ ), l'anode est l'électrode de Zinc ( $Zn \rightarrow Zn^{2+} + 2e^-$ ).

Erreurs fréquentes

Oublier les coefficients stœchiométriques dans l'expression de $Q_r$ .
Confondre l'anode (pôle -) et la cathode (pôle +).
Penser que $Q_r$ dépend des quantités de matière au lieu des concentrations (sauf pour les gaz).

L'essentiel du cours

Quotient de réaction ($Q_r$) : Pour une réaction $aA + bB \rightleftharpoons cC + dD$, on a $Q_r = \frac{[C]^c \cdot [D]^d}{[A]^a \cdot [B]^b}$ (les espèces solides ou solvants ne sont pas incluses).
Constante d'équilibre ($K$) : C'est la valeur du quotient de réaction à l'équilibre : $Q_{r,éq} = K$. Elle dépend uniquement de la température.
Critère d'évolution :
- Si $Q_r < K$ : Évolution spontanée dans le sens direct (1).
- Si $Q_r > K$ : Évolution spontanée dans le sens inverse (2).
- Si $Q_r = K$ : Le système est en équilibre chimique.
Piles : Une pile transforme l'énergie chimique en énergie électrique. Elle est composée de deux demi-piles reliées par un pont salin.

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 aux électrodes d'une pile (Oxydation à l'anode, Réduction à la cathode).
Déterminer la polarité d'une pile (le pôle (+) est la cathode, le pôle (-) est l'anode).

Exemples corrigés

Exemple 1 : Soit $Q_{r,i} = 10^{-3}$ et $K = 10^{-2}$. Comme $Q_{r,i} < K$, le système évolue dans le sens direct.
Exemple 2 : Dans une pile Daniell ($Zn/Cu$), l'anode est l'électrode de Zinc ($Zn \rightarrow Zn^{2+} + 2e^-$).

Erreurs fréquentes

Oublier les coefficients stœchiométriques dans l'expression de $Q_r$.
Confondre l'anode (pôle -) et la cathode (pôle +).
Penser que $Q_r$ dépend des quantités de matière au lieu des concentrations (sauf pour les gaz).

🌉 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

🎯 Étude des systèmes chimiques (Évolution spontanée et sens d'évolution)

1/4

Pour la réaction $A + B \rightleftharpoons C$ , le quotient de réaction est :

Pour la réaction $A + B \rightleftharpoons C$, le quotient de réaction est :

❓ Questions fréquentes

Pourquoi on dit "évolution spontanée" ?

Parce que le système évolue de lui-même vers l'équilibre sans apport d'énergie extérieure.

💡 À retenir : C'est une propriété thermodynamique du système.

Comment calculer la constante K à partir de Qr ?

On ne peut pas calculer $K$ à partir de $Q_r$ seul. Il faut connaître les concentrations à l'équilibre.

💡 À retenir : $K = Q_{r,éq}$ .

On ne peut pas calculer $K$ à partir de $Q_r$ seul. Il faut connaître les concentrations à l'équilibre.

💡 À retenir : $K = Q_{r,éq}$.

Est-ce que la valeur de K est toujours très grande ?

Non, $K$ peut être très petite (réaction limitée) ou très grande (réaction quasi-totale).

💡 À retenir : $K$ caractérise l'avancement maximal possible.

Non, $K$ peut être très petite (réaction limitée) ou très grande (réaction quasi-totale).

💡 À retenir : $K$ caractérise l'avancement maximal possible.

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

Il dépend des concentrations (ou pressions partielles) au moment considéré.

💡 À retenir : $Q_r$ est un rapport de concentrations.

Il dépend des concentrations (ou pressions partielles) au moment considéré.

💡 À retenir : $Q_r$ est un rapport de concentrations.

Comment déterminer le pôle positif d'une pile ?

Le pôle positif est la cathode, là où se produit la réduction.

💡 À retenir : Le courant sort par le pôle (+).

Est-ce que Qr peut être négatif ?

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

💡 À retenir : $Q_r > 0$ toujours.

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

💡 À retenir : $Q_r > 0$ toujours.

Kifach n3ref wach l'anode hiya li fiha l'oxydation wla l'réduction ?

L'anode est toujours le siège de l'oxydation (perte d'électrons).
La cathode est toujours le siège de la réduction (gain d'électrons).

💡 À retenir : Anode = Oxydation (A-O), Cathode = Réduction (C-R).

Chno hiya l'fayda dyal l'qantra l'mel7iya f l'pile ?

Elle permet de fermer le circuit électrique.
Elle assure la neutralité électrique des solutions en laissant passer les ions.

💡 À retenir : Sans pont salin, le courant ne circule pas.

Kifach n7seb Qr ila kano 3ndi les gaz ?

On utilise les pressions partielles $P_i$ au lieu des concentrations $[i]$ .
$Q_r = \frac{P_C^c \cdot P_D^d}{P_A^a \cdot P_B^b}$ (en divisant par la pression standard $P^\circ = 10^5 Pa$ ).

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

On utilise les pressions partielles $P_i$ au lieu des concentrations $[i]$.
$Q_r = \frac{P_C^c \cdot P_D^d}{P_A^a \cdot P_B^b}$ (en divisant par la pression standard $P^\circ = 10^5 Pa$).

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

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

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

💡 À retenir : Seule la température modifie la valeur de $K$ .

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

💡 À retenir : Seule la température modifie la valeur de $K$.

Pourquoi les solides n'apparaissent pas dans l'expression de Qr ?

Parce que leur activité est considérée comme égale à 1 dans le quotient de réaction.

💡 À retenir : On ne met que les espèces en solution aqueuse ou gazeuses.

Comment savoir si une pile est usée ?

Une pile est usée quand elle atteint l'état d'équilibre ( $Q_r = K$ ). À ce moment, la tension $U = 0V$ .

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

Une pile est usée quand elle atteint l'état d'équilibre ($Q_r = K$). À ce moment, la tension $U = 0V$.

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

✍️ Exercices type examen national

Exercice 1

On considère une pile constituée d'une électrode de cuivre plongeant dans une solution de sulfate de cuivre ( $Cu^{2+} + SO_4^{2-}$ ) de concentration $C_1 = 0,1 mol/L$ et d'une électrode d'argent plongeant dans une solution de nitrate d'argent ( $Ag^+ + NO_3^-$ ) de concentration $C_2 = 0,1 mol/L$ . Donnée : $K = 10^{15}$ pour la réaction : $Cu(s) + 2Ag^+(aq) \rightleftharpoons Cu^{2+}(aq) + 2Ag(s)$ .

Calculer le quotient de réaction initial $Q_{r,i}$ .
Déterminer le sens d'évolution spontanée.

Exercice 1

On considère une pile constituée d'une électrode de cuivre plongeant dans une solution de sulfate de cuivre ($Cu^{2+} + SO_4^{2-}$) de concentration $C_1 = 0,1 mol/L$ et d'une électrode d'argent plongeant dans une solution de nitrate d'argent ($Ag^+ + NO_3^-$) de concentration $C_2 = 0,1 mol/L$. Donnée : $K = 10^{15}$ pour la réaction : $Cu(s) + 2Ag^+(aq) \rightleftharpoons Cu^{2+}(aq) + 2Ag(s)$.

Calculer le quotient de réaction initial $Q_{r,i}$.
Déterminer le sens d'évolution spontanée.

Voir la correction détaillée : inscription gratuite

Exercice 2

Une pile fonctionne selon l'équation : $Fe(s) + Pb^{2+}(aq) \rightleftharpoons Fe^{2+}(aq) + Pb(s)$ . On donne $K = 10^{10}$ . À un instant $t$ , les concentrations sont $[Pb^{2+}] = 10^{-6} mol/L$ et $[Fe^{2+}] = 10^{-2} mol/L$ .

Calculer $Q_r$ à cet instant.
Le système est-il à l'équilibre ?

Exercice 2

Une pile fonctionne selon l'équation : $Fe(s) + Pb^{2+}(aq) \rightleftharpoons Fe^{2+}(aq) + Pb(s)$. On donne $K = 10^{10}$. À un instant $t$, les concentrations sont $[Pb^{2+}] = 10^{-6} mol/L$ et $[Fe^{2+}] = 10^{-2} mol/L$.

Calculer $Q_r$ à cet instant.
Le système est-il à l'équilibre ?

Voir la correction détaillée : inscription gratuite

Exercice 3

Soit une réaction $A + B \rightleftharpoons C + D$ avec $K = 1$ . Initialement, $[A]=[B]=[C]=[D]=0,1 mol/L$ .

Déterminer le sens d'évolution.
Que se passe-t-il si on ajoute du produit C ?

Exercice 3

Soit une réaction $A + B \rightleftharpoons C + D$ avec $K = 1$. Initialement, $[A]=[B]=[C]=[D]=0,1 mol/L$.

Déterminer le sens d'évolution.
Que se passe-t-il si on ajoute du produit C ?

Voir la correction détaillée : inscription gratuite

Un prof de Physique 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 Physique

Ondes mécaniques progressives Ondes mécaniques progressives périodiques Propagation d'une onde lumineuse Décroissance radioactive Noyaux, masse et énergie Dipôle RC Dipôle RL Oscillations libres dans un circuit RLC série Ondes électromagnétiques Lois de Newton Applications des lois de Newton (Chute verticale, Mouvements plans)Travail et énergie mécanique Oscillations mécaniques (Pendule élastique et pendule simple)Aspect énergétique des oscillations mécaniques Transformations associées à des réactions acide-base Transformations associées à des réactions d'oxydoréduction Évolution temporelle des transformations chimiques (Cinétique)Contrôle de l'évolution des systèmes chimiques (Estérification et hydrolyse)Contrôle de l'évolution des systèmes chimiques (Réactions acide-base)