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Physique-Chimie · BTS & DUT (EST) — BTS

Équilibre 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

Un système chimique est en équilibre lorsque les concentrations des réactifs et des produits n'évoluent plus au cours du temps.

  • Quotient de réaction ($Q_r$) : Pour une réaction $aA + bB \rightleftharpoons cC + dD$, $Q_r = \frac{[C]^c \cdot [D]^d}{[A]^a \cdot [B]^b}$.
  • Constante d'équilibre ($K$) : À l'équilibre, $Q_{r,éq} = K$. Elle dépend uniquement de la température.
  • Taux d'avancement final ($\tau$) : $\tau = \frac{x_f}{x_{max}}$. Si $\tau < 1$, la réaction est limitée.

Méthodes à maîtriser

  1. Établir le tableau d'avancement : Indispensable pour exprimer les concentrations à l'équilibre en fonction de $x_{éq}$.
  2. Calculer $Q_{r,éq}$ : Toujours utiliser les concentrations à l'équilibre.
  3. Déterminer $x_{éq}$ : Utiliser la mesure du pH ou de la conductivité pour trouver $[H_3O^+]{éq}$ et en déduire $x{éq}$.

Exemples corrigés

Exemple : Réaction de l'acide éthanoïque avec l'eau. $CH_3COOH + H_2O \rightleftharpoons CH_3COO^- + H_3O^+$ $K = \frac{[CH_3COO^-]{éq} \cdot [H_3O^+]{éq}}{[CH_3COOH]{éq} \cdot C^\circ}$ Si $[H_3O^+]{éq} = 10^{-pH}$, on remplace dans l'expression de $K$.

Erreurs fréquentes

  • Oublier de diviser par $C^\circ = 1 , mol/L$ dans l'expression de $Q_r$.
  • Confondre $x_{max}$ (réaction totale) et $x_f$ (réaction limitée).
  • Penser que $K$ dépend des concentrations initiales (Faux : $K$ ne dépend que de $T$).

🌉 Jisr : les mots du chapitre FR ⇄ AR

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Défi flash : 4 questions

Sans compte

🎯 Équilibre chimique

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La constante d'équilibre KK dépend de :

❓ Questions fréquentes

Est-ce que K change si on ajoute de l'eau ?
  1. Non, la constante d'équilibre $K$ est une caractéristique thermodynamique qui ne dépend que de la température.
  2. Si tu ajoutes de l'eau, les concentrations changent, donc le quotient de réaction $Q_r$ change temporairement, mais le système évolue pour revenir à la même valeur de $K$.

💡 À retenir : $K$ est indépendante de la dilution ou des quantités initiales.

Kifach n7seb x{éq} ila 3tani l'pH f tmerin ?
  1. Kankatbo l'mo3adala d tfa3ol.
  2. Kansta3mlo l'3ala9a $[H_3O^+]_{éq} = 10^{-pH}$.
  3. Men l'jadwal d t9adom, $[H_3O^+]{éq} = \frac{x{éq}}{V}$.
  4. Donc $x_{éq} = 10^{-pH} \cdot V$.

💡 À retenir : L'pH kay3tina l'تركيز dyal l'ions $H_3O^+$ f l'hala d tewazon.

Wach Qr kayssawy dima K ?
  1. Non, $Q_r$ est le quotient de réaction à n'importe quel instant.
  2. $Q_{r,éq} = K$ seulement quand le système a atteint l'état d'équilibre chimique.

💡 À retenir : $Q_r$ est une variable, $K$ est une constante.

Pourquoi on ne met pas l'eau dans l'expression de Qr ?
  1. Dans les solutions aqueuses diluées, l'eau est le solvant.
  2. Son activité est considérée comme égale à 1 par convention.

💡 À retenir : L'activité d'un solvant ou d'un solide pur est toujours 1.

Kifach n3ref wach tfa3ol kbir aw sghir ?
  1. Kan7sbo $\tau = \frac{x_f}{x_{max}}$.
  2. Ila kan $\tau = 1$, tfa3ol koli (total).
  3. Ila kan $\tau < 1$, tfa3ol mohadad (limité).

💡 À retenir : $\tau$ kat3tina l'mou3ayara dyal l'i9tissad dyal tfa3ol.

Est-ce que le solide intervient dans Qr ?

Non, l'activité d'un constituant solide pur est égale à 1. Il n'apparaît donc pas dans l'expression du quotient de réaction.

💡 À retenir : Seules les espèces en solution (solutés) ou gazeuses interviennent.

Comment varie K avec la température ?

La variation de $K$ dépend du caractère exothermique ou endothermique de la réaction. Cela est régi par la loi de Van't Hoff (hors programme détaillé, mais à savoir que $K$ change).

💡 À retenir : $K = f(T)$.

Wach x{max} hiya xf ?
  1. $x_{max}$ hiya l'9ima li kanl9aw ila kan tfa3ol koli (l'mouatafir l'mohid kaytsala).
  2. $x_f$ hiya l'9ima l'ha9i9iya f l'hala d tewazon.

💡 À retenir : $x_f \leq x_{max}$.

Quelle est l'unité de K ?

La constante d'équilibre $K$ est une grandeur sans unité car elle est le rapport d'activités (grandeurs sans dimension).

💡 À retenir : Pas d'unité pour $K$.

Que signifie un K très grand (K 10^4) ?

Cela signifie que la réaction est quasi-totale : à l'équilibre, il reste très peu de réactifs par rapport aux produits.

💡 À retenir : Plus $K$ est grand, plus la réaction est avancée.

Comment calculer Qr à l'état initial ?

On utilise les concentrations initiales des réactifs et des produits (souvent 0 pour les produits) dans la formule du quotient de réaction.

💡 À retenir : $Q_{r,i} = \frac{[C]_i \cdot [D]_i}{[A]_i \cdot [B]_i}$.

Pourquoi dit-on équilibre "dynamique" ?

Parce qu'au niveau microscopique, la réaction directe et la réaction inverse continuent de se produire à la même vitesse, mais leurs effets s'annulent.

💡 À retenir : L'équilibre n'est pas un arrêt, c'est une compensation.

✍️ Exercices type examen national

Exercice 1

On étudie la réaction de l'acide éthanoïque avec l'eau : $CH_3COOH_{(aq)} + H_2O_{(l)} \rightleftharpoons CH_3COO^-{(aq)} + H_3O^+{(aq)}$. Données : $C = 1,0 \cdot 10^{-2} , mol/L$, $pH = 3,4$.

  1. Dresser le tableau d'avancement.
  2. Calculer $x_f$ pour un volume $V = 100 , mL$.
  3. Calculer $K$.
Voir la correction détaillée : inscription gratuite

Exercice 2

Soit une réaction $A + B \rightleftharpoons C + D$ avec $K = 0,1$. Initialement, $[A] = [B] = 0,1 , mol/L$ et $[C] = [D] = 0,01 , mol/L$. Le système est-il à l'équilibre ? Sinon, dans quel sens évolue-t-il ?

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Exercice 3

Calculer le taux d'avancement $\tau$ de la réaction précédente.

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