Toutes les transformations ne sont pas totales : certaines s’arrêtent alors que les réactifs sont encore présents. Le système atteint un état d’équilibre. Le quotient de réaction et la constante d’équilibre permettent de prévoir dans quel sens un système évolue spontanément.
Une question sur ce cours ?
ULU, le tuteur d’ULUMINE, t’aide à partir de ce cours.
Objectifs
- Calculer un taux d’avancement final et reconnaître une transformation non totale
- Interpréter l’équilibre comme un état dynamique
- Exprimer et calculer un quotient de réaction Qr
- Prévoir le sens d’évolution spontanée en comparant Qr et K
1. Transformations totales et non totales
τ =
- τ = 1 : transformation totale (équation écrite avec →).
- τ < 1 : transformation non totale ; l’état final est un état d’équilibre (équation écrite avec ⇄).
- À l’équilibre, les réactions directe et inverse se poursuivent à la même vitesse : l’équilibre est dynamique, la composition ne varie plus.
Acide éthanoïque dans l’eau
On introduit c = 1,0 × 10−2 mol·L−1 d’acide éthanoïque dans l’eau ; le pH mesuré vaut 3,4.
- [H3O+]f = 10−3,4 ≈ 4,0 × 10−4 mol·L−1.
- Si la réaction était totale, on aurait [H3O+] = 1,0 × 10−2 mol·L−1.
- τ = ≈ 0,04.
Seulement 4 % environ des molécules d’acide ont réagi : la transformation est très limitée.
2. Quotient de réaction et constante d’équilibre
Pour la réaction a A(aq) + b B(aq) ⇄ c C(aq) + d D(aq), le quotient de réaction est :
Qr =
- Le solvant (eau) et les solides n’apparaissent pas dans Qr (on leur attribue la valeur 1).
- À l’équilibre, Qr prend une valeur K, la constante d’équilibre, qui ne dépend que de la température.
- Plus K est grand, plus la transformation est avancée ; on considère souvent qu’une transformation est quasi totale si K > 104.
3. Critère d’évolution spontanée
| Comparaison | Évolution spontanée |
|---|---|
| Qr,i < K | sens direct (formation des produits) : Qr augmente vers K |
| Qr,i > K | sens inverse : Qr diminue vers K |
| Qr,i = K | le système est à l’équilibre, pas d’évolution |
Ions fer et argent
Fe2+(aq) + Ag+(aq) ⇄ Fe3+(aq) + Ag(s), K = 3,2 à 25 °C. On mélange : [Fe2+]i = [Ag+]i = [Fe3+]i = 0,10 mol·L−1, avec de l’argent solide.
- Qr,i = = = 10
- Qr,i = 10 > K = 3,2
Le système évolue dans le sens inverse : de l’argent se dissout.
À retenir
- τ = ; τ < 1 : équilibre chimique (dynamique).
- Qr = produit des concentrations des produits / produit de celles des réactifs (avec les exposants).
- Eau solvant et solides absents de Qr.
- Qr,i < K : sens direct ; Qr,i > K : sens inverse ; Qr,i = K : équilibre.
Et maintenant, à toi !
Vérifie que tu as compris avec les exercices, puis révise avec la fiche.