Physique-Chimie · 2ème Année Bac — Sciences et Technologies Électriques

Le sens d'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 : $Q_r = \frac{[C]^{c}_{eq} \cdot [D]^{d}_{eq}}{[A]^{a}_{eq} \cdot [B]^{b}_{eq}}$ (On ne prend pas en compte les solides purs ni le solvant).

Si $Q_r < K$ , le système évolue dans le sens direct.
Si $Q_r > K$ , le système évolue dans le sens inverse.
Si $Q_r = K$ , le système est en état d'équilibre.

Méthodes à maîtriser

Calculer $Q_{r,i}$ à l'instant initial avec les concentrations initiales.
Comparer $Q_{r,i}$ à la constante $K$ donnée dans l'énoncé.
Conclure sur le sens d'évolution spontanée.

Exemples corrigés

Soit $K = 10^{-2}$ et $Q_{r,i} = 10^{-4}$ . Comme $Q_{r,i} < K$ , le système évolue spontanément dans le sens direct (formation des produits).

Erreurs fréquentes

Oublier de convertir les concentrations en mol/L.
Inclure les solides ou l'eau (solvant) dans l'expression de $Q_r$ .
Confuser le sens direct et le sens inverse lors de la comparaison.

L'essentiel du cours

Le quotient de réaction $Q_r$ pour une équation $aA + bB \rightleftharpoons cC + dD$ est défini par : $$Q_r = \frac{[C]^{c}{eq} \cdot [D]^{d}{eq}}{[A]^{a}{eq} \cdot [B]^{b}{eq}}$$ (On ne prend pas en compte les solides purs ni le solvant).

Si $Q_r < K$, le système évolue dans le sens direct.
Si $Q_r > K$, le système évolue dans le sens inverse.
Si $Q_r = K$, le système est en état d'équilibre.

Méthodes à maîtriser

Calculer $Q_{r,i}$ à l'instant initial avec les concentrations initiales.
Comparer $Q_{r,i}$ à la constante $K$ donnée dans l'énoncé.
Conclure sur le sens d'évolution spontanée.

Exemples corrigés

Soit $K = 10^{-2}$ et $Q_{r,i} = 10^{-4}$. Comme $Q_{r,i} < K$, le système évolue spontanément dans le sens direct (formation des produits).

Erreurs fréquentes

Oublier de convertir les concentrations en mol/L.
Inclure les solides ou l'eau (solvant) dans l'expression de $Q_r$.
Confuser le sens direct et le sens inverse lors de la comparaison.

🌉 Jisr : les mots du chapitre FR ⇄ AR

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🎯 Le sens d'évolution spontanée d'un système chimique

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Si $Q_r < K$ , le système évolue :

Si $Q_r < K$, le système évolue :

❓ Questions fréquentes

C'est quoi la différence entre Qr et K ?

$Q_r$ est le quotient de réaction à n'importe quel instant $t$ . Il varie au cours du temps.
$K$ est la constante d'équilibre, elle ne dépend que de la température et reste fixe pour une réaction donnée.

💡 À retenir : $Q_r$ est une valeur instantanée, $K$ est une valeur limite.

$Q_r$ est le quotient de réaction à n'importe quel instant $t$. Il varie au cours du temps.
$K$ est la constante d'équilibre, elle ne dépend que de la température et reste fixe pour une réaction donnée.

💡 À retenir : $Q_r$ est une valeur instantanée, $K$ est une valeur limite.

Kifach n3ref wach tfa3ol ghadi lqodam ola lor ?

Hseb $Q_{r,i}$ b torkiz dyal lmotafaeilat o nawatij f lbidaya.
Qaren $Q_{r,i}$ m3a $K$ .
Ila kan $Q_{r,i} < K$ -> sens direct. Ila kan $Q_{r,i} > K$ -> sens inverse.

💡 À retenir : $Q_{r,i} < K$ signifie que le système doit produire plus de produits pour atteindre l'équilibre.

Hseb $Q_{r,i}$ b torkiz dyal lmotafaeilat o nawatij f lbidaya.
Qaren $Q_{r,i}$ m3a $K$.
Ila kan $Q_{r,i} < K$ -> sens direct. Ila kan $Q_{r,i} > K$ -> sens inverse.

💡 À retenir : $Q_{r,i} < K$ signifie que le système doit produire plus de produits pour atteindre l'équilibre.

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

Oui, la constante d'équilibre $K$ est une fonction de la température. Si la température change, la valeur de $K$ change.

💡 À retenir : $K = f(T)$ .

Oui, la constante d'équilibre $K$ est une fonction de la température. Si la température change, la valeur de $K$ change.

💡 À retenir : $K = f(T)$.

Chno hiya l'activité chimique dyal lma f tfa3ol f lma ?

Dans les solutions aqueuses diluées, l'activité de l'eau est considérée comme égale à 1. On ne l'écrit pas dans l'expression de $Q_r$ .

💡 À retenir : $a(H_2O) = 1$ .

Dans les solutions aqueuses diluées, l'activité de l'eau est considérée comme égale à 1. On ne l'écrit pas dans l'expression de $Q_r$.

💡 À retenir : $a(H_2O) = 1$.

Wach l'etat d'equilibre kay3ni bli tfa3ol twaqef ?

Non, à l'échelle microscopique, les réactions directe et inverse continuent, mais leurs vitesses sont égales, donc les concentrations ne changent plus à l'échelle macroscopique.

💡 À retenir : L'équilibre est dynamique.

Comment calculer Qr si on a un solide dans l'équation ?

L'activité d'un solide pur est égale à 1. Il n'apparaît donc pas dans le calcul de $Q_r$ .

💡 À retenir : Solide = 1.

L'activité d'un solide pur est égale à 1. Il n'apparaît donc pas dans le calcul de $Q_r$.

💡 À retenir : Solide = 1.

Kifach n7seb Q{r,i} ila 3tani ghir l'avancement x ?

Diri tableau d'avancement.
Hseb torkiz dyal kol naw3 kimiya2i f lahda $t$ : $[C] = n/V$ .
3awdi f l'expression dyal $Q_r$ .

💡 À retenir : $Q_r$ dépend des quantités de matière divisées par le volume.

Diri tableau d'avancement.
Hseb torkiz dyal kol naw3 kimiya2i f lahda $t$ : $[C] = n/V$.
3awdi f l'expression dyal $Q_r$.

💡 À retenir : $Q_r$ dépend des quantités de matière divisées par le volume.

Est-ce que le volume du mélange influence le sens d'évolution ?

Si le nombre de moles de gaz ou d'espèces en solution est différent entre les réactifs et les produits, le volume peut influencer $Q_r$ et donc le sens d'évolution.

💡 À retenir : Le volume intervient dans le calcul des concentrations.

Si le nombre de moles de gaz ou d'espèces en solution est différent entre les réactifs et les produits, le volume peut influencer $Q_r$ et donc le sens d'évolution.

💡 À retenir : Le volume intervient dans le calcul des concentrations.

Qu'est-ce qu'un système à l'équilibre ?

C'est un état où le quotient de réaction $Q_r$ est devenu égal à la constante d'équilibre $K$ . Le système n'évolue plus spontanément.

💡 À retenir : $Q_{r,eq} = K$ .

C'est un état où le quotient de réaction $Q_r$ est devenu égal à la constante d'équilibre $K$. Le système n'évolue plus spontanément.

💡 À retenir : $Q_{r,eq} = K$.

Est-ce que K peut être négative ?

Non, $K$ est un rapport de concentrations (ou activités), donc elle est toujours positive.

💡 À retenir : $K > 0$ .

Non, $K$ est un rapport de concentrations (ou activités), donc elle est toujours positive.

💡 À retenir : $K > 0$.

Pourquoi on utilise Qr au lieu de K pour prédire l'évolution ?

Parce que $K$ est une valeur théorique de référence, alors que $Q_r$ décrit l'état réel et actuel de ton mélange.

💡 À retenir : $Q_r$ est l'état réel, $K$ est l'état cible.

Parce que $K$ est une valeur théorique de référence, alors que $Q_r$ décrit l'état réel et actuel de ton mélange.

💡 À retenir : $Q_r$ est l'état réel, $K$ est l'état cible.

Est-ce que le catalyseur change K ?

Non, le catalyseur accélère la réaction mais ne modifie pas l'état d'équilibre final ni la valeur de $K$ .

💡 À retenir : Le catalyseur n'a aucun effet sur $K$ .

Non, le catalyseur accélère la réaction mais ne modifie pas l'état d'équilibre final ni la valeur de $K$.

💡 À retenir : Le catalyseur n'a aucun effet sur $K$.

✍️ Exercices type examen national

Exercice 1

On mélange 0,1 mol de $Ag^+$ et 0,1 mol de $Fe^{2+}$ dans 1L d'eau. Équation : $Ag^+ + Fe^{2+} \rightleftharpoons Ag(s) + Fe^{3+}$ . On donne $K = 2,9$ . Déterminer le sens d'évolution.

Exercice 1

On mélange 0,1 mol de $Ag^+$ et 0,1 mol de $Fe^{2+}$ dans 1L d'eau. Équation : $Ag^+ + Fe^{2+} \rightleftharpoons Ag(s) + Fe^{3+}$. On donne $K = 2,9$. Déterminer le sens d'évolution.

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Exercice 2

Soit la réaction $A + B \rightleftharpoons C + D$ avec $K=1$ . À un instant $t$ , on a $[A]=[B]=[C]=[D]=0,5$ mol/L. Le système est-il à l'équilibre ?

Exercice 2

Soit la réaction $A + B \rightleftharpoons C + D$ avec $K=1$. À un instant $t$, on a $[A]=[B]=[C]=[D]=0,5$ mol/L. Le système est-il à l'équilibre ?

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Exercice 3

On considère $2Fe^{3+} + Sn \rightleftharpoons 2Fe^{2+} + Sn^{2+}$ . $K = 10^{20}$ . Si $[Fe^{3+}] = 10^{-3}$ mol/L, $[Fe^{2+}] = 10^{-1}$ mol/L et $[Sn^{2+}] = 10^{-1}$ mol/L. Déterminer le sens d'évolution.

Exercice 3

On considère $2Fe^{3+} + Sn \rightleftharpoons 2Fe^{2+} + Sn^{2+}$. $K = 10^{20}$. Si $[Fe^{3+}] = 10^{-3}$ mol/L, $[Fe^{2+}] = 10^{-1}$ mol/L et $[Sn^{2+}] = 10^{-1}$ mol/L. Déterminer le sens d'évolution.

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