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

L'état d'équilibre 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

  • Un système chimique est en équilibre si les concentrations des réactifs et des produits ne varient plus au cours du temps.
  • Le quotient de réaction $Q_r$ est défini par : $Q_r = \frac{\prod [Produits]{éq}^{coeff}}{\prod [Réactifs]{éq}^{coeff}}$.
  • À l'équilibre, $Q_r = K$ (constante d'équilibre), qui ne dépend que de la température.
  • Le taux d'avancement final $\tau$ est : $\tau = \frac{x_{éq}}{x_{max}}$. Si $\tau < 1$, la réaction est limitée.

Méthodes à maîtriser

  • Écrire correctement l'expression de $Q_r$ (ne pas inclure les solides ni l'eau si elle est solvant).
  • Calculer $x_{éq}$ à partir du pH ou de la conductivité $\sigma$.
  • Déterminer $\tau$ pour comparer l'état final à l'état maximal.

Exemples corrigés

  • Calcul de $K$ : Pour $CH_3COOH + H_2O \rightleftharpoons CH_3COO^- + H_3O^+$, $K = \frac{[CH_3COO^-]{éq} \cdot [H_3O^+]{éq}}{[CH_3COOH]_{éq}}$.
  • Calcul de $\tau$ : Si $n_{initial} = 0,1$ mol et $x_{éq} = 0,02$ mol, alors $\tau = 0,02 / 0,1 = 0,2$ soit 20%.

Erreurs fréquentes

  • Oublier que $K$ dépend uniquement de la température.
  • Inclure l'eau dans l'expression de $Q_r$ quand elle est le solvant.
  • Confondre $x_{éq}$ (valeur réelle) et $x_{max}$ (valeur théorique si la réaction était totale).

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Défi flash : 4 questions

Sans compte

🎯 L'état d'équilibre d'un système chimique

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La constante d'équilibre KK dépend de :

❓ Questions fréquentes

C'est quoi la différence entre Qr et K ?

$Q_r$ est le quotient de réaction à un instant $t$ quelconque. $K$ est la valeur particulière que prend ce quotient lorsque le système atteint son état d'équilibre chimique.

💡 À retenir : $Q_r$ varie, $K$ est une constante pour une température donnée.

Kifach n3ref wach tfa3ol koli wla mohdod?

Pour savoir si une réaction est totale ou limitée, tu calcules le taux d'avancement final $\tau = x_{éq} / x_{max}$.

  1. Si $\tau = 1$ (ou 100%), la réaction est totale.
  2. Si $\tau < 1$, la réaction est limitée.

💡 À retenir : $\tau = 1$ signifie que le réactif limitant est totalement consommé.

Est-ce que les solides entrent dans l'expression de Qr ?

Non, l'activité d'un corps pur solide ou liquide est égale à 1. Ils n'apparaissent donc pas dans l'expression du quotient de réaction.

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

Kifach n7seb x{éq} ila 3tani pH?

Si tu as une réaction produisant des ions $H_3O^+$, tu utilises la relation : $[H_3O^+]_{éq} = 10^{-pH}$.

  1. Tu fais le tableau d'avancement.
  2. Tu écris $[H_3O^+]{éq} = x{éq} / V$.
  3. Donc $x_{éq} = 10^{-pH} \times V$.

💡 À retenir : Le pH est l'outil principal pour mesurer l'avancement final en milieu acide.

Est-ce que K change si on ajoute de l'eau ?

Non, la constante d'équilibre $K$ ne dépend que de la température. Ajouter de l'eau modifie les concentrations, donc $Q_r$ change, mais le système évoluera pour que $Q_r$ redevienne égal à $K$.

💡 À retenir : $K = f(T)$ uniquement.

Wach x{max} katbdel ila bedelna l'haja li 3ndna?

$x_{max}$ dépend uniquement des quantités de matière initiales des réactifs et de la stœchiométrie de l'équation. Elle ne dépend pas de l'état d'équilibre.

💡 À retenir : $x_{max}$ est la valeur théorique si la réaction était totale.

Pourquoi on dit que la réaction est limitée ?

On dit qu'elle est limitée parce que les réactifs et les produits coexistent à l'état final. La réaction ne s'arrête pas par manque de réactif, mais parce qu'un équilibre dynamique est atteint.

💡 À retenir : La réaction directe et la réaction inverse se produisent à la même vitesse.

Comment calculer Qr à l'état initial ?

Tu utilises les concentrations initiales des espèces dissoutes : $Q_{r,i} = \frac{\prod [Produits]_i^{coeff}}{\prod [Réactifs]_i^{coeff}}$.

💡 À retenir : Utilise toujours les quantités de matière initiales divisées par le volume total.

Est-ce que K peut être très grand ?

Oui, si $K$ est très grand (généralement $K > 10^4$), on considère que la réaction est quasi-totale.

💡 À retenir : Plus $K$ est grand, plus l'équilibre est déplacé vers les produits.

Est-ce que la pression influence K ?

Pour les systèmes en solution aqueuse, la pression a une influence négligeable. Pour les gaz, cela peut varier, mais au lycée, on se concentre sur la dépendance à la température.

💡 À retenir : La température est le seul facteur modifiant $K$.

Comment savoir si le système est à l'équilibre ?

Il faut comparer $Q_{r,i}$ (calculé avec les conditions initiales) et $K$ (donné ou calculé). Si $Q_{r,i} = K$, le système est déjà à l'équilibre.

💡 À retenir : Si $Q_{r,i} \neq K$, le système évolue spontanément.

Est-ce que le catalyseur change K ?

Non, le catalyseur permet d'atteindre l'état d'équilibre plus rapidement, mais il ne modifie ni la valeur de $K$ ni la composition finale du système.

💡 À retenir : Le catalyseur n'a aucun effet sur l'état d'équilibre.

✍️ Exercices type examen national

Exercice 1

On mélange $V = 100$ mL d'une solution d'acide éthanoïque de concentration $C = 1,0 \times 10^{-2}$ mol/L. Le pH mesuré est 3,4.

  1. Écrire l'équation de la réaction.
  2. Calculer $x_{éq}$.
  3. Calculer le taux d'avancement $\tau$. La réaction est-elle totale ?
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Exercice 2

Soit la réaction : $Ag^+{(aq)} + Fe^{2+}{(aq)} \rightleftharpoons Ag_{(s)} + Fe^{3+}_{(aq)}$. $K = 0,5$. On mélange 0,1 mol de chaque réactif dans 1L.

  1. Calculer $Q_{r,i}$.
  2. Le système est-il à l'équilibre ?
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Exercice 3

On considère une réaction limitée avec $K = 10^{-2}$. À l'équilibre, $[Produit] = 0,01$ mol/L. Calculer la concentration du réactif à l'équilibre sachant qu'il n'y a qu'un seul réactif et un seul produit (coefficients stœchiométriques = 1).

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