Physique · Prépa concours post-bac — ENA Architecture

Sens d'évolution d'un groupe 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 d'équation $aA + bB \rightleftharpoons cC + dD$ est : $Q_r = \frac{[C]^c \cdot [D]^d}{[A]^a \cdot [B]^b}$ (Les espèces solides et le solvant ont une activité égale à 1).

À l'équilibre, $Q_{r,éq} = K(T)$ , où $K$ est la constante d'équilibre.
Critère d'évolution spontanée :
- Si $Q_{r,i} < K$ : le système évolue dans le sens direct (1).
- Si $Q_{r,i} > K$ : le système évolue dans le sens inverse (2).
- Si $Q_{r,i} = K$ : le système est en équilibre.

Méthodes à maîtriser

Calculer $Q_{r,i}$ avec les concentrations initiales.
Comparer $Q_{r,i}$ à $K$ (donnée ou calculée via $pK_A$ ).
Déterminer le sens d'évolution selon le critère.

Exemples corrigés

Soit $A + B \rightleftharpoons C + D$ avec $K = 10$ . Si $[A]_i = [B]_i = 0,1$ mol/L et $[C]_i = [D]_i = 0,2$ mol/L : $Q_{r,i} = \frac{0,2 \times 0,2}{0,1 \times 0,1} = 4$ . Comme $4 < 10$ , le système évolue dans le sens direct.

Erreurs fréquentes

Oublier de mettre les coefficients stoechiométriques en exposant.
Inclure l'eau (solvant) ou les solides dans l'expression de $Q_r$ .
Confondre $Q_{r,i}$ (valeur à $t=0$ ) et $K$ (valeur constante à $T$ fixée).

L'essentiel du cours

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

À l'équilibre, $Q_{r,éq} = K(T)$, où $K$ est la constante d'équilibre.
Critère d'évolution spontanée :
- Si $Q_{r,i} < K$ : le système évolue dans le sens direct (1).
- Si $Q_{r,i} > K$ : le système évolue dans le sens inverse (2).
- Si $Q_{r,i} = K$ : le système est en équilibre.

Méthodes à maîtriser

Calculer $Q_{r,i}$ avec les concentrations initiales.
Comparer $Q_{r,i}$ à $K$ (donnée ou calculée via $pK_A$).
Déterminer le sens d'évolution selon le critère.

Exemples corrigés

Soit $A + B \rightleftharpoons C + D$ avec $K = 10$. Si $[A]_i = [B]_i = 0,1$ mol/L et $[C]_i = [D]i = 0,2$ mol/L : $Q{r,i} = \frac{0,2 \times 0,2}{0,1 \times 0,1} = 4$. Comme $4 < 10$, le système évolue dans le sens direct.

Erreurs fréquentes

Oublier de mettre les coefficients stoechiométriques en exposant.
Inclure l'eau (solvant) ou les solides dans l'expression de $Q_r$.
Confondre $Q_{r,i}$ (valeur à $t=0$) et $K$ (valeur constante à $T$ fixée).

🌉 Jisr : les mots du chapitre FR ⇄ AR

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Défi flash : 4 questions

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🎯 Sens d'évolution d'un groupe chimique

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Le quotient de réaction $Q_r$ dépend de :

❓ Questions fréquentes

Est-ce que Qr peut être négatif ?

Non, $Q_r$ est un rapport de concentrations (ou activités), donc il est toujours positif.

💡 À retenir : $Q_r > 0$ .

Non, $Q_r$ est un rapport de concentrations (ou activités), donc il est toujours positif.

💡 À retenir : $Q_r > 0$.

Wach Qr katbdel ila zedna l'ma?

Oui, en ajoutant de l'eau, tu changes les concentrations des espèces dissoutes, donc la valeur de $Q_r$ change.

💡 À retenir : La dilution modifie le quotient de réaction.

Oui, en ajoutant de l'eau, tu changes les concentrations des espèces dissoutes, donc la valeur de $Q_r$ change.

💡 À retenir : La dilution modifie le quotient de réaction.

Comment savoir si une réaction est totale ?

Une réaction est considérée comme totale si la valeur de $K$ est très grande ( $K > 10^4$ ).

💡 À retenir : $K$ très grand = réaction quasi-totale.

Une réaction est considérée comme totale si la valeur de $K$ est très grande ($K > 10^4$).

💡 À retenir : $K$ très grand = réaction quasi-totale.

Kifach n3ref wach tafa3ol ghadi l9oddam ola llowra?

7seb l'expression dyal $Q_{r,i}$ f la7da $t=0$ .
9aren l'9ima li l9iti m3a $K$ (thabita dyal tawa3on).
Ila kan $Q_{r,i} < K$ -> sens direct. Ila kan $Q_{r,i} > K$ -> sens inverse.

💡 À retenir : Le système cherche toujours à atteindre l'équilibre ( $Q_r = K$ ).

7seb l'expression dyal $Q_{r,i}$ f la7da $t=0$.
9aren l'9ima li l9iti m3a $K$ (thabita dyal tawa3on).
Ila kan $Q_{r,i} < K$ -> sens direct. Ila kan $Q_{r,i} > K$ -> sens inverse.

💡 À retenir : Le système cherche toujours à atteindre l'équilibre ($Q_r = K$).

Wach l'ma (H2O) kandkhlouh f l'expression dyal Qr?

Non, l'eau est le solvant dans les solutions aqueuses, son activité est prise égale à 1. On ne l'écrit jamais dans l'expression de $Q_r$ .

💡 À retenir : Seules les espèces en solution (aq) et les gaz (g) sont prises en compte.

Non, l'eau est le solvant dans les solutions aqueuses, son activité est prise égale à 1. On ne l'écrit jamais dans l'expression de $Q_r$.

💡 À retenir : Seules les espèces en solution (aq) et les gaz (g) sont prises en compte.

Chno hiya l'far9 bin Qr et K?

$Q_r$ est une valeur variable qui dépend de l'état du système à un instant $t$ .
$K$ est une constante qui ne dépend que de la température $T$ .

💡 À retenir : $K$ est la valeur de $Q_r$ quand le système atteint l'équilibre.

$Q_r$ est une valeur variable qui dépend de l'état du système à un instant $t$.
$K$ est une constante qui ne dépend que de la température $T$.

💡 À retenir : $K$ est la valeur de $Q_r$ quand le système atteint l'équilibre.

Est-ce que K change si on change la température ?

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

💡 À retenir : $K = f(T)$ uniquement.

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

💡 À retenir : $K = f(T)$ uniquement.

Kifach n7seb Q{r,i} ila kan 3ndi ghir l'mou3adat?

Il faut utiliser les quantités de matière initiales $n_i$ et le volume total $V$ pour trouver les concentrations : $[X] = n_i / V$ . Ensuite, tu appliques la formule de $Q_r$ .

💡 À retenir : Toujours travailler avec les concentrations molaires (mol/L).

Il faut utiliser les quantités de matière initiales $n_i$ et le volume total $V$ pour trouver les concentrations : $[X] = n_i / V$. Ensuite, tu appliques la formule de $Q_r$.

💡 À retenir : Toujours travailler avec les concentrations molaires (mol/L).

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

Non, les espèces solides ont une activité égale à 1. Elles n'apparaissent pas dans l'expression du quotient de réaction.

💡 À retenir : $a_{solide} = 1$ .

Non, les espèces solides ont une activité égale à 1. Elles n'apparaissent pas dans l'expression du quotient de réaction.

💡 À retenir : $a_{solide} = 1$.

Pourquoi on utilise Qr ?

On l'utilise pour prédire le sens d'évolution spontanée d'un système chimique avant qu'il n'atteigne l'équilibre.

💡 À retenir : C'est un outil de prédiction thermodynamique.

Est-ce que K dépend de la concentration initiale ?

Non, $K$ est une constante thermodynamique qui dépend uniquement de la température.

💡 À retenir : $K$ ne dépend pas des conditions initiales.

Non, $K$ est une constante thermodynamique qui dépend uniquement de la température.

💡 À retenir : $K$ ne dépend pas des conditions initiales.

Que se passe-t-il si Qr = K ?

Le système est à l'équilibre chimique. Il n'y a plus d'évolution macroscopique visible.

💡 À retenir : L'état d'équilibre est atteint.

✍️ Exercices type examen national

Exercice 1

On mélange $10$ mL d'une solution de $Fe^{3+}$ à $10^{-2}$ mol/L et $10$ mL d'une solution de $I^-$ à $10^{-2}$ mol/L. L'équation est : $2Fe^{3+} + 2I^- \rightleftharpoons 2Fe^{2+} + I_2$ . On donne $K = 10^{10}$ . Déterminer le sens d'évolution.

Exercice 1

On mélange $10$ mL d'une solution de $Fe^{3+}$ à $10^{-2}$ mol/L et $10$ mL d'une solution de $I^-$ à $10^{-2}$ mol/L. L'équation est : $2Fe^{3+} + 2I^- \rightleftharpoons 2Fe^{2+} + I_2$. On donne $K = 10^{10}$. Déterminer le sens d'évolution.

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Exercice 2

Soit la réaction $A + B \rightleftharpoons C + D$ avec $K = 0,5$ . Initialement, $[A]=[B]=[C]=[D]=0,1$ mol/L. Le système est-il à l'équilibre ? Sinon, dans quel sens évolue-t-il ?

Exercice 2

Soit la réaction $A + B \rightleftharpoons C + D$ avec $K = 0,5$. Initialement, $[A]=[B]=[C]=[D]=0,1$ mol/L. Le système est-il à l'équilibre ? Sinon, dans quel sens évolue-t-il ?

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Exercice 3

On considère une réaction avec $K=1$ . Si $Q_{r,i} = 1$ , que peut-on dire du système ?

Exercice 3

On considère une réaction avec $K=1$. Si $Q_{r,i} = 1$, que peut-on dire du système ?

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