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
Dans une transformation chimique, le quotient de réaction $Q_r$ est défini par :
$$Q_r = \frac{\prod [Produits]{eq}^{coeff}}{\prod [Réactifs]{eq}^{coeff}}$$
Pour une réaction d'équation $aA + bB \rightleftharpoons cC + dD$, on a $Q_r = \frac{[C]^c \cdot [D]^d}{[A]^a \cdot [B]^b}$.
À l'équilibre, $Q_{r,eq} = K$, où $K$ est la constante d'équilibre (indépendante des concentrations initiales, dépend uniquement de la température).
Le taux d'avancement final $\tau = \frac{x_f}{x_{max}}$. Si $\tau < 1$, la transformation est limitée.
Pour un acide dans l'eau : $HA + H_2O \rightleftharpoons A^- + H_3O^+$. Le $pK_A = -\log(K_A)$.
Calculer $Q_{r,i}$ : Comparer $Q_{r,i}$ à $K$ pour déterminer le sens d'évolution spontanée (critère d'évolution).
Déterminer $\tau$ : Utiliser le tableau d'avancement et la mesure du $pH$ ($[H_3O^+] = 10^{-pH}$).
Diagramme de prédominance : Savoir quelle espèce prédomine selon la valeur du $pH$ par rapport au $pK_A$.
Exemples corrigés
Exemple : Soit la réaction $CH_3COOH + H_2O \rightleftharpoons CH_3COO^- + H_3O^+$ avec $K_A = 10^{-4,75}$.
Si $[CH_3COOH] = 0,1 , mol/L$ et $[CH_3COO^-] = 0,01 , mol/L$, alors $Q_r = \frac{0,01 \cdot [H_3O^+]}{0,1}$. À l'équilibre, $Q_r = K_A$.
Erreurs fréquentes
Oublier que l'eau (solvant) n'apparaît pas dans l'expression de $Q_r$.
Confondre $x_f$ (avancement réel) et $x_{max}$ (avancement théorique si la réaction était totale).
Oublier que $K$ ne dépend que de la température.
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Est-ce que l'eau intervient toujours dans le calcul de Qr ?
Non, l'eau est le solvant dans les solutions aqueuses diluées. Par convention, son activité est égale à 1, elle n'apparaît donc pas dans l'expression du quotient de réaction $Q_r$.
💡 À retenir : Les espèces solides et le solvant (eau) ne figurent pas dans l'expression de $Q_r$.
Kifach n7seb xmax ila kano 3ndi les concentrations dyal les réactifs?
Calcule la quantité de matière initiale $n_i$ de chaque réactif ($n = C \cdot V$).
Suppose que chaque réactif est limitant en posant $n_i - a \cdot x_{max} = 0$.
La valeur la plus petite obtenue pour $x_{max}$ est la bonne.
💡 À retenir : $x_{max}$ est la plus petite valeur obtenue en annulant les réactifs.
Comment savoir si une réaction est totale ou limitée ?
Calcule l'avancement maximal $x_{max}$ en supposant la réaction totale.
Détermine l'avancement final $x_f$ expérimentalement (via $pH$ ou conductimétrie).
Calcule $\tau = x_f / x_{max}$. Si $\tau = 1$, elle est totale. Si $\tau < 1$, elle est limitée.
Non, la constante d'équilibre $K$ ne dépend que de la température. Si tu ajoutes de l'eau, les concentrations changent, donc $Q_r$ change, mais $K$ reste constante.
💡 À retenir : $K = f(T)$ uniquement.
Pourquoi on utilise le pKa au lieu de Ka ?
Le $pK_A$ est utilisé pour manipuler des nombres plus simples (souvent entre 0 et 14) plutôt que des puissances de 10 très petites.
💡 À retenir : $pK_A = -\log(K_A)$ facilite les calculs de $pH$.
kifach n3ref chkoun li ghadi yghleb f l'équilibre?
Il faut comparer $Q_{r,i}$ (le quotient initial) avec $K$.
Si $Q_{r,i} < K$, le système évolue dans le sens direct.
Si $Q_{r,i} > K$, le système évolue dans le sens inverse.
💡 À retenir : Le système évolue toujours pour atteindre $Q_r = K$.
Est-ce que le pH influence la valeur de K ?
Non, le $pH$ est une conséquence de l'équilibre et de la concentration des ions oxonium, il ne modifie pas la constante $K$ qui est fixée par la température.
💡 À retenir : La température est le seul facteur modifiant $K$.
Est-ce que les solides interviennent dans Qr ?
Non, les espèces à l'état solide pur ont une activité égale à 1, tout comme le solvant. Elles n'apparaissent pas dans $Q_r$.
💡 À retenir : Seules les espèces en solution (aq) ou gazeuses (g) apparaissent dans $Q_r$.
Comment calculer le taux d'avancement final avec le pH ?
On a $[H_3O^+] = 10^{-pH}$.
D'après le tableau d'avancement, $x_f = [H_3O^+] \cdot V$.
On calcule $x_{max}$ avec le réactif limitant.
On fait le rapport $\tau = x_f / x_{max}$.
💡 À retenir : $\tau = \frac{10^{-pH} \cdot V}{x_{max}}$.
Est-ce que la réaction s'arrête quand elle atteint l'équilibre ?
Non, à l'équilibre, la réaction ne s'arrête pas au niveau microscopique. Les réactions directe et inverse continuent à la même vitesse, donc les concentrations macroscopiques restent constantes.
💡 À retenir : L'équilibre est dynamique.
wach l'avancement final xf howa bidou xmax?
Non, $x_f$ est la valeur réelle atteinte à l'équilibre, tandis que $x_{max}$ est la valeur théorique si la réaction était totale.
💡 À retenir : $x_f \leq x_{max}$.
Comment déterminer le sens d'évolution si Q{r,i} = K ?
Si $Q_{r,i} = K$, le système est déjà à l'état d'équilibre. Aucune évolution macroscopique n'est observée.
💡 À retenir : Système à l'équilibre = pas d'évolution.
✍️ Exercices type examen national
Exercice 1
On mélange un volume $V = 100 , mL$ d'une solution d'acide éthanoïque de concentration $C = 0,1 , mol/L$ avec un volume $V$ d'une solution d'éthanoate de sodium de même concentration $C$. Le $pK_A$ du couple $CH_3COOH/CH_3COO^-$ est 4,8.
Calculer le quotient de réaction initial $Q_{r,i}$.
Déterminer le sens d'évolution spontanée du système.
Soit la réaction : $Fe^{3+} + Ag \rightleftharpoons Fe^{2+} + Ag^+$.
On donne $K = 0,3$. Dans un bécher, on mélange des ions $Fe^{3+}$, $Ag^+$, $Fe^{2+}$ avec des concentrations initiales respectives $10^{-2} , mol/L$, $10^{-2} , mol/L$ et $10^{-1} , mol/L$.
Déterminer le sens d'évolution.
Dans une transformation chimique, le quotient de réaction Qr est défini par :
Qr=∏[Reˊactifs]eqcoeff∏[Produits]eqcoeff
Pour une réaction d'équation aA+bB⇌cC+dD, on a Qr=[A]a⋅[B]b[C]c⋅[D]d.
À l'équilibre, Qr,eq=K, où K est la constante d'équilibre (indépendante des concentrations initiales, dépend uniquement de la température).
Le taux d'avancement final τ=xmaxxf. Si τ<1, la transformation est limitée.
Pour un acide dans l'eau : HA+H2O⇌A−+H3O+. Le pKA=−log(KA).
Relation : pH=pKA+log([HA][A−]).
Méthodes à maîtriser
Calculer Qr,i : Comparer Qr,i à K pour déterminer le sens d'évolution spontanée (critère d'évolution).
Déterminer τ : Utiliser le tableau d'avancement et la mesure du pH ([H3O+]=10−pH).
Diagramme de prédominance : Savoir quelle espèce prédomine selon la valeur du pH par rapport au pKA.
Exemples corrigés
Exemple : Soit la réaction CH3COOH+H2O⇌CH3COO−+H3O+ avec KA=10−4,75.
Si [CH3COOH]=0,1mol/L et [CH3COO−]=0,01mol/L, alors Qr=0,10,01⋅[H3O+]. À l'équilibre, Qr=KA.
Erreurs fréquentes
Oublier que l'eau (solvant) n'apparaît pas dans l'expression de Qr.
Confondre xf (avancement réel) et xmax (avancement théorique si la réaction était totale).
Oublier que K ne dépend que de la température.
Non, l'eau est le solvant dans les solutions aqueuses diluées. Par convention, son activité est égale à 1, elle n'apparaît donc pas dans l'expression du quotient de réaction Qr.
💡 À retenir : Les espèces solides et le solvant (eau) ne figurent pas dans l'expression de Qr.
Calcule la quantité de matière initiale ni de chaque réactif (n=C⋅V).
Suppose que chaque réactif est limitant en posant ni−a⋅xmax=0.
La valeur la plus petite obtenue pour xmax est la bonne.
💡 À retenir : xmax est la plus petite valeur obtenue en annulant les réactifs.
Calcule l'avancement maximal xmax en supposant la réaction totale.
Détermine l'avancement final xf expérimentalement (via pH ou conductimétrie).
Calcule τ=xf/xmax. Si τ=1, elle est totale. Si τ<1, elle est limitée.
Non, la constante d'équilibre K ne dépend que de la température. Si tu ajoutes de l'eau, les concentrations changent, donc Qr change, mais K reste constante.
💡 À retenir : K=f(T) uniquement.
Le pKA est utilisé pour manipuler des nombres plus simples (souvent entre 0 et 14) plutôt que des puissances de 10 très petites.
💡 À retenir : pKA=−log(KA) facilite les calculs de pH.
Il faut comparer Qr,i (le quotient initial) avec K.
Si Qr,i<K, le système évolue dans le sens direct.
Si Qr,i>K, le système évolue dans le sens inverse.
💡 À retenir : Le système évolue toujours pour atteindre Qr=K.
Non, le pH est une conséquence de l'équilibre et de la concentration des ions oxonium, il ne modifie pas la constante K qui est fixée par la température.
💡 À retenir : La température est le seul facteur modifiant K.
Non, les espèces à l'état solide pur ont une activité égale à 1, tout comme le solvant. Elles n'apparaissent pas dans Qr.
💡 À retenir : Seules les espèces en solution (aq) ou gazeuses (g) apparaissent dans Qr.
On a [H3O+]=10−pH.
D'après le tableau d'avancement, xf=[H3O+]⋅V.
On calcule xmax avec le réactif limitant.
On fait le rapport τ=xf/xmax.
💡 À retenir : τ=xmax10−pH⋅V.
Non, xf est la valeur réelle atteinte à l'équilibre, tandis que xmax est la valeur théorique si la réaction était totale.
💡 À retenir : xf≤xmax.
Si Qr,i=K, le système est déjà à l'état d'équilibre. Aucune évolution macroscopique n'est observée.
💡 À retenir : Système à l'équilibre = pas d'évolution.
Exercice 1
On mélange un volume V=100mL d'une solution d'acide éthanoïque de concentration C=0,1mol/L avec un volume V d'une solution d'éthanoate de sodium de même concentration C. Le pKA du couple CH3COOH/CH3COO− est 4,8.
Calculer le quotient de réaction initial Qr,i.
Déterminer le sens d'évolution spontanée du système.
Exercice 2
Une solution d'acide méthanoïque HCOOH de concentration C=10−2mol/L a un pH=2,9.
Écrire l'équation de la réaction avec l'eau.
Calculer le taux d'avancement final τ.
En déduire si la réaction est totale ou limitée.
Exercice 3
Soit la réaction : Fe3++Ag⇌Fe2++Ag+.
On donne K=0,3. Dans un bécher, on mélange des ions Fe3+, Ag+, Fe2+ avec des concentrations initiales respectives 10−2mol/L, 10−2mol/L et 10−1mol/L.
Déterminer le sens d'évolution.