C. Le sens “spontané” d’évolution d’un système est-il prévisible?

Le sens d’évolution d’un système chimique peut-il être inversé ?

1. Un système chimique évolue spontanément vers l’état d’équilibre (2H)

CONTENUS

  • Quotient de réaction, Qr : expression littérale (rappel) et calcul de sa valeur pour un état quelconque donné d’un système.
  • Au cours du temps, la valeur du quotient de réaction Qr tend vers la constante d’équilibre K (critère d’évolution spontanée).
  • Illustration de ce critère sur des réactions acido-basiques et des réactions d’oxydoréduction.

COMPÉTENCES EXIGIBLES

  • En disposant de l’équation d’une réaction, donner l’expression littérale du quotient de réaction Qr, et calculer sa valeur dans un état donné du système.
  • Savoir qu’un système évolue spontanément vers un état d’équilibre.
  • Etre capable de déterminer le sens d’évolution d’un système donné en comparant la valeur du quotient de réaction dans l’état initial à la constante d’équilibre, dans le cas de réactions acido-basiques et d’oxydoréduction.
A chercher seul (corrigé)
A faire

 

1. Quotient de réaction

1. Expression littérale du quotient de réaction

Dans le cas général l’équation de réaction qui présente un équilibre chimique s’écrit :
aA + bB = cC + dD
A et B sont les réactifs et C et D sont les produits ;
a, b, c et d sont les nombres stoechiométriques.
Expression du quotient de réaction Qr pour un état j du système :
Les concentrations molaires, en mol.L–1, sont prises au cours de la réaction dans l’état j.
À l’état initial, on convient de prendre j = i.
Le quotient réactionnel Qr a la même forme que la constante d’équilibre K, mais les concentrations des espèces chimiques ne sont pas celles de l’état d’équilibre.

2.Rappel de convention

Dans les transformations qui font intervenir l’eau comme solvant ou des espèces solides, on convient de ne faire figurer dans le quotient de réaction, que les concentrations molaires des espèces dissoutes.

Ex 6/7/8 p.200 à 201

Ex 9 p.201

2. Évolution spontanée d’un système

1. Tout système tend vers un état d’équilibre

Un système évolue spontanément vers un état d’équilibre caractérisé par la constante d’équilibre K.
À l’état d’équilibre, la constante d’équilibre associée à l’équation de réaction, aA + bB = cC + dD s’écrit :

[X] méq concentration des réactifs ou des produits à l’équilibre, affectée de l’exposant m, coefficient stoechiométrique.
K a une valeur constante, indépendante de l’état initial, qui ne dépend que de la température.

2. Critère d’évolution spontanée

Dire qu’un système évolue spontanément vers un état d’équilibre revient à dire que la valeur du quotient de réaction Qr tend vers la constante d’équilibre K, quel que soit l’état initial du système.
Trois situations sont possibles :

Ex 11/13 p.201

Ex 20/21/23 p.203

Ex 14/17/18 p.202

Ex 22 p.203

Précision sur le TP

Quelques précisions suplémentaires

  • Précipitation et dissolution sont deux réactions inverses. Dans des conditions données, le sens d'évolution est celui de la précipitation ou celui de la dissolution suivant les valeurs du quotient de réaction et de la constante d'équilivre associés à l'équation chimique.
  • On appelle déplacement d'équilibre chimique, toute modification de l'état d'équilibre d'un système par modification de la concentration d'au moins une des entités intervenant dans l'équation chimique. Si l'on ajoute à un système chimique initialement à l'état d'équilibre, une entité chimique figurant dans l'équation, l'équilibre se déplace à l'inverse de façon à consommer l'entité ajoutée. A l'inverse, si l'on élimine une entité chimique réactive d'un système chimique initialement à l'état d'équilibre, l'équilibre se déplace de façon à produire l'entité retirée.