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Physique-Chimie · 2ème Année Bac — Sciences Mathématiques B

تطور مجموعة كيميائية نحو حالة التوازن

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 d'équation $aA + bB \rightleftharpoons cC + dD$ est défini par : $$Q_r = \frac{[C]{eq}^c \cdot [D]{eq}^d}{[A]{eq}^a \cdot [B]{eq}^b}$$ (Les espèces solides et le solvant, s'il est en large excès, ne figurent pas dans l'expression).

  • État d'équilibre : Le système atteint l'équilibre quand $Q_r = K$, où $K$ est la constante d'équilibre (dépend uniquement de la température).
  • Taux d'avancement final : $\tau = \frac{x_f}{x_{max}}$. Si $\tau < 1$, la réaction est limitée.
  • Relation pH : Pour une réaction acide-base, $K = \frac{[A^-]{eq}[H_3O^+]{eq}}{[AH]_{eq}} = K_A$.

Méthodes à maîtriser

  1. Calculer $Q_{r,i}$ : Comparer $Q_{r,i}$ à $K$ pour déterminer le sens d'évolution spontanée.
  2. Déterminer $x_f$ : Utiliser la mesure du pH ($[H_3O^+] = 10^{-pH}$) ou la conductivité ($\sigma = \sum \lambda_i [X_i]$).
  3. Exprimer $\tau$ en fonction du pH : Pour un acide faible, $\tau = \frac{10^{-pH}}{C}$.

Exemples corrigés

Exemple : Acide éthanoïque dans l'eau ($C=0,1$ mol/L, $pH=2,9$). $x_f = [H_3O^+] \cdot V = 10^{-2,9} \cdot V$. $x_{max} = C \cdot V$. $\tau = \frac{10^{-2,9}}{0,1} \approx 0,0126$ soit $1,26%$.

Erreurs fréquentes

  • Oublier que $K$ est sans unité.
  • Confondre $Q_r$ à un instant $t$ et $K$ (constante).
  • Utiliser la concentration initiale au lieu de la concentration à l'équilibre dans l'expression de $Q_r$.

🌉 Jisr : les mots du chapitre FR ⇄ AR

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Défi flash : 4 questions

Sans compte

🎯 تطور مجموعة كيميائية نحو حالة التوازن

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Le quotient de réaction $Q_r$ à l'équilibre est égal à :

❓ Questions fréquentes

Qu'est-ce qui change si on change la température ?

La constante d'équilibre $K$ est une fonction de la température. Si tu modifies la température, la valeur de $K$ change, ce qui déplace l'équilibre vers les produits ou les réactifs selon que la réaction est exothermique ou endothermique.

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

Kifach n7seb Q{r,i} ila kan l'etat initial 3ndna ghir l'eau?

Si tu n'as que de l'eau, les concentrations des espèces formées sont nulles, donc $Q_{r,i} = 0$. Le système évoluera obligatoirement dans le sens direct pour former des produits.

💡 À retenir : Si $Q_{r,i} = 0$, la réaction se fait dans le sens direct.

Est-ce que le solvant (eau) intervient toujours dans Qr ?

Non. Dans le programme, l'eau est considérée comme le solvant en large excès, sa concentration est donc constante et égale à celle de l'eau pure. Elle n'apparaît jamais dans l'expression de $Q_r$.

💡 À retenir : Solvant = 1 dans $Q_r$.

Emté kan9olo bli l'etat d'equilibre t7a9a9?

On dit que l'état d'équilibre est atteint quand les concentrations des réactifs et des produits ne varient plus au cours du temps. À cet instant, le quotient de réaction $Q_r$ devient égal à la constante $K$.

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

Si Q{r,i} K, dans quel sens évolue la réaction ?

La réaction évolue dans le sens inverse (sens indirect) pour diminuer la valeur de $Q_r$ jusqu'à ce qu'elle atteigne $K$.

💡 À retenir : $Q_{r,i} > K \implies$ sens indirect.

Wash x{max} katb9a dima hiya C cdot V ?

Non, $x_{max}$ est la valeur de l'avancement si le réactif limitant est totalement consommé. Si tu as plusieurs réactifs, il faut comparer $n_i(A)/a$ et $n_i(B)/b$. Le plus petit donne $x_{max}$.

💡 À retenir : $x_{max}$ dépend du réactif limitant.

Pourquoi on utilise le pH pour calculer xf ?

Parce que le pH mesure directement la concentration en ions oxonium $[H_3O^+]$. Comme $[H_3O^+] = x_f/V$, le pH est l'outil le plus simple pour accéder à l'avancement final.

💡 À retenir : $x_f = 10^{-pH} \cdot V$.

Est-ce que K peut être très grand ?

Oui, si $K > 10^4$, on considère que la réaction est quasi totale. Dans ce cas, $\tau$ est proche de 1.

💡 À retenir : $K$ grand $\implies$ réaction totale.

Kifach n3ref wach l'acide fort wla faible?

Un acide est fort s'il réagit totalement avec l'eau ($\tau = 1$). Un acide est faible s'il réagit partiellement ($\tau < 1$). Tu peux le vérifier en comparant $pH$ et $-\log(C)$.

💡 À retenir : Acide fort $\implies pH = -\log(C)$.

Est-ce que les solides interviennent dans Qr ?

Non, les espèces solides sont des corps purs. Leur activité est égale à 1, donc elles n'apparaissent pas dans l'expression du quotient de réaction.

💡 À retenir : Solides = 1 dans $Q_r$.

Est-ce que la constante K a une unité ?

Non, la constante d'équilibre $K$ est une grandeur sans dimension, car elle est le produit de rapports de concentrations divisées par la concentration standard ($c^\circ = 1$ mol/L).

💡 À retenir : $K$ est sans unité.

Est-ce que Qr dépend du volume de la solution ?

Si le nombre de moles de produits est égal au nombre de moles de réactifs, le volume se simplifie et $Q_r$ est indépendant du volume. Sinon, $Q_r$ dépend du volume.

💡 À retenir : Vérifier la simplification du volume.

✍️ Exercices type examen national

Exercice 1

Une solution d'ammoniac $NH_3$ à $C=10^{-2}$ mol/L a un $pH=10,6$.

  1. Calculer $\tau$.
  2. En déduire si la réaction est totale.
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Exercice 2

On mélange un volume $V=100$ mL d'une solution d'acide éthanoïque de concentration $C=0,05$ mol/L avec un volume identique d'une solution d'éthanoate de sodium de même concentration. Le pH mesuré est 4,8.

  1. Écrire l'équation de la réaction.
  2. Calculer $Q_{r,eq}$.
  3. Calculer $K$.
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Exercice 3

Soit la réaction : $Ag^+{(aq)} + Fe^{2+}{(aq)} \rightleftharpoons Ag_{(s)} + Fe^{3+}_{(aq)}$. À $t=0$, on a $[Ag^+]_i = 0,1$ mol/L, $[Fe^{2+}]_i = 0,1$ mol/L, $[Fe^{3+}]_i = 0,01$ mol/L. $K = 0,3$. Déterminer le sens d'évolution spontanée.

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