Physique-Chimie · 2ème Année Bac — Sciences Agronomiques

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 quotient de réaction $Q_r$ pour une équation $aA + bB \rightleftharpoons cC + dD$ est défini par : $Q_r = \frac{[C]^c \cdot [D]^d}{[A]^a \cdot [B]^b}$ (Les espèces solides et le solvant ont une activité égale à 1).

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 à l'équilibre.

Méthodes à maîtriser

Calculer $Q_{r,i}$ à partir des concentrations initiales.
Comparer $Q_{r,i}$ avec la constante d'équilibre $K$ donnée.
Déterminer le sens d'évolution spontanée.
Utiliser le tableau d'avancement pour exprimer les concentrations à l'équilibre en fonction de $x_{eq}$ .

Exemples corrigés

Soit $A + B \rightleftharpoons C + D$ avec $K=10$ . Si $[A]_i=[B]_i=[C]_i=[D]_i = 0,1$ mol/L : $Q_{r,i} = \frac{0,1 \times 0,1}{0,1 \times 0,1} = 1$ . Comme $Q_{r,i} < K$ ( $1 < 10$ ), le système évolue dans le sens direct.

Erreurs fréquentes

Oublier de mettre les coefficients stoechiométriques en exposant.
Inclure l'eau (solvant) dans l'expression de $Q_r$ .
Confondre le sens d'évolution avec le sens de la réaction écrite.

L'essentiel du cours

Le quotient de réaction $Q_r$ pour une équation $aA + bB \rightleftharpoons cC + dD$ est défini par : $$Q_r = \frac{[C]^c \cdot [D]^d}{[A]^a \cdot [B]^b}$$ (Les espèces solides et le solvant ont une activité égale à 1).

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 à l'équilibre.

Méthodes à maîtriser

Calculer $Q_{r,i}$ à partir des concentrations initiales.
Comparer $Q_{r,i}$ avec la constante d'équilibre $K$ donnée.
Déterminer le sens d'évolution spontanée.
Utiliser le tableau d'avancement pour exprimer les concentrations à l'équilibre en fonction de $x_{eq}$.

Exemples corrigés

Soit $A + B \rightleftharpoons C + D$ avec $K=10$. Si $[A]_i=[B]_i=[C]i=[D]i = 0,1$ mol/L : $Q{r,i} = \frac{0,1 \times 0,1}{0,1 \times 0,1} = 1$. Comme $Q{r,i} < K$ ($1 < 10$), le système évolue dans le sens direct.

Erreurs fréquentes

Oublier de mettre les coefficients stoechiométriques en exposant.
Inclure l'eau (solvant) dans l'expression de $Q_r$.
Confondre le sens d'évolution avec le sens de la réaction écrite.

🌉 Jisr : les mots du chapitre FR ⇄ AR

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🎯 Évolution spontanée d'un système chimique

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Le quotient de réaction $Q_r$ est :

❓ Questions fréquentes

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 propre à la réaction à une température donnée, elle ne change pas.

💡 À retenir : $Q_r$ varie, $K$ est fixe.

$Q_r$ est une valeur calculée à n'importe quel instant $t$ avec les concentrations du moment.
$K$ est une constante propre à la réaction à une température donnée, elle ne change pas.

💡 À retenir : $Q_r$ varie, $K$ est fixe.

Kifach n3ref wach tfa3ol ghadi l9odam wla lweer ?

Hesb $Q_{r,i}$ f l7ala lbediya.
9aren $Q_{r,i}$ m3a $K$ .
Ila kan $Q_{r,i} < K$ , ghadi l9odam (sens direct).
Ila kan $Q_{r,i} > K$ , ghadi lweer (sens inverse).

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

Hesb $Q_{r,i}$ f l7ala lbediya.
9aren $Q_{r,i}$ m3a $K$.
Ila kan $Q_{r,i} < K$, ghadi l9odam (sens direct).
Ila kan $Q_{r,i} > K$, ghadi lweer (sens inverse).

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

Est-ce que les solides entrent dans le calcul de Qr ?

Non, les espèces solides ont une activité égale à 1, donc elles n'apparaissent pas dans l'expression de $Q_r$ .

💡 À retenir : Solide = 1.

Non, les espèces solides ont une activité égale à 1, donc elles n'apparaissent pas dans l'expression de $Q_r$.

💡 À retenir : Solide = 1.

Kifach n7seb Q{r,eq} ?

$Q_{r,eq}$ est égal à $K$ .
Il se calcule avec les concentrations à l'équilibre : $[C]_{eq}, [D]_{eq}$ , etc.

💡 À retenir : $Q_{r,eq} = K$ .

$Q_{r,eq}$ est égal à $K$.
Il se calcule avec les concentrations à l'équilibre : $[C]{eq}, [D]{eq}$, etc.

💡 À retenir : $Q_{r,eq} = K$.

Est-ce que la température change la valeur de K ?

Oui, la constante d'équilibre $K$ dépend uniquement de la température.

💡 À retenir : $K = f(T)$ .

Oui, la constante d'équilibre $K$ dépend uniquement de la température.

💡 À retenir : $K = f(T)$.

Chno hiya l'activité chimique ?

C'est une grandeur sans unité qui représente la concentration effective d'une espèce dans le mélange. Pour les solutés, c'est $[X]/C^0$ .

💡 À retenir : $a = [X]/C^0$ .

C'est une grandeur sans unité qui représente la concentration effective d'une espèce dans le mélange. Pour les solutés, c'est $[X]/C^0$.

💡 À retenir : $a = [X]/C^0$.

Si Q{r,i} = K, est-ce que le système bouge ?

Non, le système est déjà à l'équilibre, il n'y a plus d'évolution macroscopique.

💡 À retenir : Équilibre = pas d'évolution.

Comment on écrit Qr pour une réaction avec l'eau ?

On ne met pas l'eau dans l'expression car c'est le solvant, son activité est égale à 1.

💡 À retenir : L'eau est exclue.

Est-ce que K peut être négatif ?

Non, $K$ est un produit de concentrations, donc il est toujours strictement positif.

💡 À retenir : $K > 0$ .

Non, $K$ est un produit de concentrations, donc il est toujours strictement positif.

💡 À retenir : $K > 0$.

Est-ce que les gaz entrent dans Qr ?

Oui, on utilise leur pression partielle ou leur concentration molaire.

💡 À retenir : Gaz = activité dépend de la pression.

Pourquoi on dit "spontanée" ?

Parce que le système évolue tout seul vers l'équilibre sans apport d'énergie extérieure.

💡 À retenir : Évolution sans aide.

Est-ce que K dépend de la quantité de matière initiale ?

Non, $K$ ne dépend que de la température, pas des quantités initiales.

💡 À retenir : $K$ est indépendant des conditions initiales.

Non, $K$ ne dépend que de la température, pas des quantités initiales.

💡 À retenir : $K$ est indépendant des conditions initiales.

✍️ Exercices type examen national

Exercice 1

On considère la réaction : $CH_3COOH + C_2H_5OH \rightleftharpoons CH_3COOC_2H_5 + H_2O$ . À 25°C, $K = 4$ . On mélange 1 mol d'acide, 1 mol d'alcool, 1 mol d'ester et 1 mol d'eau dans un volume $V$ . Déterminer le sens d'évolution.

Exercice 1

On considère la réaction : $CH_3COOH + C_2H_5OH \rightleftharpoons CH_3COOC_2H_5 + H_2O$. À 25°C, $K = 4$. On mélange 1 mol d'acide, 1 mol d'alcool, 1 mol d'ester et 1 mol d'eau dans un volume $V$. Déterminer le sens d'évolution.

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Exercice 2

Soit la réaction $Ag^+ + Fe^{2+} \rightleftharpoons Ag(s) + Fe^{3+}$ . $K = 0,3$ . Initialement, $[Ag^+] = 0,1$ mol/L, $[Fe^{2+}] = 0,2$ mol/L, $[Fe^{3+}] = 0,1$ mol/L. Déterminer le sens d'évolution.

Exercice 2

Soit la réaction $Ag^+ + Fe^{2+} \rightleftharpoons Ag(s) + Fe^{3+}$. $K = 0,3$. Initialement, $[Ag^+] = 0,1$ mol/L, $[Fe^{2+}] = 0,2$ mol/L, $[Fe^{3+}] = 0,1$ mol/L. Déterminer le sens d'évolution.

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Exercice 3

Un système a $Q_{r,i} = 10^{-3}$ et $K = 10^{-2}$ . Calculer le quotient de réaction à l'équilibre.

Exercice 3

Un système a $Q_{r,i} = 10^{-3}$ et $K = 10^{-2}$. Calculer le quotient de réaction à l'équilibre.

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