SlideShare une entreprise Scribd logo
Page 1 sur 3
Dans le précédent chapitre nous avons vu qu’un état d’équilibre dépend, entre autres grandeurs, des concentrations
initialement présentes. Est-il possible de prévoir si un système chimique est à l’équilibre ou s’il est hors équilibre ?
Rem. : On a toujours [X]  0 par conséquent Qr  0.
Conventions :
 Si une espèce chimique est le solvant (l’eau pour les solutions aqueuses) on remplace dans l’expression du
quotient de réaction Qr, le nombre qui mesure son « activité » par le chiffre 1 (ce qui ne signifie pas que sa
concentration vaut 1 mol.L–1
!).
 Si une espèce chimique est gazeuse, l’expression du quotient sera abordée dans le supérieur.
Établissons l’expression du quotient réaction Qr de la réaction acido-basique entre l’acide éthanoïque et l’eau, déjà
rencontrée au chapitre précédent d’équation : CH3COOH(aq) + H2O(l) = CH3COO–
(aq) + H3O+
(aq).
Qr =
[CHCOO–
(aq)][HO+
(aq)]
[CHCOOHaq]1
Établissons l’expression du quotient réaction Qr de la réaction d’oxydoréduction entre les ions permanganate et les
ions fer II rencontrée dans le premier chapitre d’équation : 5 Fe2+
(aq) + MnO–
4(aq) + 8 H+
(aq) = 5 Fe3+
(aq) + Mn 2+
(aq) + 4 H2O(l).
Qr =
[Fe3+
(aq)]
[Mn2+
(aq)]
[Fe2+
(aq)]
[MnO–
4(aq)][H+
(aq)]
Établissons l’expression du quotient réaction de Qr de la réaction de dissolution du chlorure de sodium dans l’eau
d’équation : NaCl(s) = Na+
(aq) + Cl–
(aq)
Qr =
[Na+
(aq)][Cl–
(aq)]

= [Na+
(aq)][Cl–
(aq)]
Établissons l’expression du quotient réaction de Qr1 de la réaction de précipitation de l’hydroxyde de fer III dans
l’eau d’équation : Fe3+
(aq) + 3 HO–
(aq) = Fe(OH)3(s) (réaction 1)
Qr1 =
1
[Fe3+
(aq)][HO–
(aq)]3
Établissons l’expression du quotient réaction de Qr2 de la réaction de dissolution de l’hydroxyde de fer III dans l’eau
d’équation : Fe(OH)3(s) = Fe3+
(aq) + 3 HO–
(aq) (réaction 2)
Qr2 =
[Fe3+
(aq)][HO–
(aq)]3
1
= [Fe3+
(aq)][HO–
(aq)]3
= 
Qr
Rem. : deux réactions inverses l’une de l’autre ont des quotients de réaction inverses l’un de l’autre. Le quotient de
réaction dépend du sens d’écriture d’une réaction chimique (ainsi que des coefficients stœchiométriques).
Dans cette relation les expressions [X] ne représentent que la valeur numérique des concentrations (exprimée en
mol.L–1
), non affectée de leur unité. Le quotient de réaction Qr n’a pas d’unité.
[X] est un nombre qui « évalue » la façon dont agit – son « activité » – l’espèce X sur la réaction chimique.
Chapitre 4 : État d’équilibre d’un système
Terminale S Chimie – Partie B – Chapitre 4 : État d’équilibre d’un système
Produit des valeurs des concentrations
des réactifs de l’équation exposant la
valeur du nombre stœchiométrique.
1. Le quotient de réaction
1.1. Définitions et conventions
Produit des valeurs des concentrations
des produits de l’équation exposant la
valeur du nombre stœchiométrique.
1.2. Exemples en milieu homogène
1.3. Exemples en milieu hétérogène
Pour une transformation dont l’équation de réaction est : a A(aq) + b B(aq) = c C(aq) + d D(aq), on définit le quotient
de réaction Qr par l’expression :
[C]c
.[D]d
Qr =
[A]a
.[B]b
 Si une espèce chimique est solide, le nombre qui mesure son « activité » dans le système chimique considéré
vaut également 1.
Page 2 sur 3
On envisage de nouveau la réaction acido-basique entre l’acide éthanoïque et l’eau :
CH3COOH(aq) + H2O(l) = CH3COO–
(aq) + H3O+
(aq).
Dont l’expression du quotient de réaction est : Qr =
[CHCOO–
(aq)][HO+
(aq)]
[CHCOOHaq]
.
A l’aide d’un tableau d’avancement établissons l’expression des quantités de matière en fonction de l’avancement.
équation de la réaction CH3COOH(aq) + H2O(l) = CH3COO–
(aq) + H3O+
(aq)
état du système avancement n(CH3COOH(aq)) n(H2O(l)) n(CH3COO–
(aq)) n(H3O+
(aq))
initial 0 ni = c.V solvant  
intermédiaire x c.V – x solvant x x
final xf c.V – xf solvant xf xf
Au cours de la transformation, la quantité de matière en ions oxonium H3O+
(aq) est égale à celle des ions éthanoate
(ou ion acétate) CH3COO–
(aq) : n(CH3COO–
(aq)) = n(H3O+
(aq)) = x.
La quantité de matière en acide éthanoïque est n(CH3COOH(aq)) = c.V – x.
Les concentrations de chaque espèce sont donc : [CH3COO–
(aq)] = [H3O+
(aq)] =
x
V
et [CH3COOH(aq)] = c –
x
V
Au cours de la transformation le quotient de réaction s’écrit donc : Qr =
[CHCOO–
(aq)][HO+
(aq)]
[CHCOOHaq]
=






x
V

c –
x
V
Le quotient de réaction Qr dépend donc de l’avancement x (ainsi que de la concentration molaire apportée) : la
valeur du quotient de réaction Qr évolue au cours d’une transformation !
De quels paramètres dépend le quotient de réaction à l’équilibre ?
On peut déterminer expérimentalement l’avancement à l’équilibre xéq, grâce à la mesure de la conductivité ,
pour la réaction étudiée : CH3COOH(aq) + H2O(l) = CH3COO–
(aq) + H3O+
(aq).
En effet, on rappelle que   
i
Xi.[Xi] où Xi représente les espèces ioniques en solution.
Ainsi :  = (CH3COO–
(aq)).[CH3COO–
(aq)] + (H3O+
(aq)).[H3O+
(aq)]. Or les concentrations en ions oxonium et en ion
acétate sont égales, comme établi dans le paragraphe 2.
Ainsi : éq = (CH3COO–
(aq)).
xéq
V
+ (H3O+
(aq)).
xéq
V
= ( )
CHCOO–
(aq)  HO+
(aq) .
xéq
V
Par conséquent
xéq
V
=
éq
CHCOO–
(aq)  HO+
(aq)
Valeurs des conductivités molaires ioniques (en mS.m2
.mol–1
) à 25°C : (CH3COO–
(aq)) = 4,1 et (H3O+
(aq)) = 35,0.
Mesurons la conductivité éq pour différentes concentrations molaires apportées c en acide éthanoïque et
déterminons le quotient de réaction à l’équilibre Qr,éq pour chacune d’elles.
c (mol.L–1
)  (mS.m–1
)
xéq
V
(mol.m–3
)
xéq
V
(mol.L–1
) [CH3COO–
(aq)]éq [CH3COOH]éq Qr,éq
8,0.10–3
13,6 3,5.10–1
3,5.10–4
3,5.10–4
7,6.10–3
1,6.10–5
4,0.10–3
9,5 2,4.10–1
2,4.10–4
2,4.10–4
3,8.10–3
1,5.10–5
2,0.10–3
6,6 1,7.10–1
1,7.10–4
1,7.10–4
1,8.10–3
1,6.10–5
1,0.10–3
4,6 1,2.10–1
1,2.10–4
1,2.10–4
0,9.10–3
1,6.10–5
Pour des concentrations molaires apportées différentes, on observe que le quotient de réaction à l’équilibre possède
la même valeur ! Le quotient de réaction à l’équilibre Qr,éq ne dépend pas de la concentration initiale !
Terminale S Chimie – Partie B – Chapitre 4 : État d’équilibre d’un système
au cours d’une transformation
2. Évolution du quotient de réaction Qr
3. Quotient de réaction dans l’état d’équilibre du système Qr,éq
Page 3 sur 3
On peut à présent répondre à la question posée en début de chapitre : le calcul du quotient de réaction Qr permet
de prévoir si un système chimique est à l’équilibre ou non, si l’on connaît la constante d’équilibre K :
– si Qr = K alors le système est à l’équilibre ;
– si Qr  K, le système n’est pas à l’équilibre et va évoluer (suivant une cinétique qui lui est propre :
rapidement ou lentement voire infiniment lentement…).
Déterminons le taux d’avancement de la transformation : CH3COOH(aq) + H2O(l) = CH3COO–
(aq) + H3O+
(aq), pour
différentes concentrations molaires apportées en acide éthanoïque.  =
xéq
xmax
=
[CHCOO–
(aq)]éq.V
c.V
=
[CHCOO–
(aq)]éq
c
c (mol.L–1
)  (mS.m–1
)
[CH3COO–
(aq)]éq
(mol.L–1
)
[CH3COOH]éq
(mol.L–1
)

8,0.10–3
13,6 3,5.10–4
7,6.10–3
4,4 %
4,0.10–3
9,5 2,4.10–4
3,8.10–3
6,0 %
2,0.10–3
6,6 1,7.10–4
1,8.10–3
8,5 %
1,0.10–3
4,6 1,2.10–4
0,9.10–3
12 %
Le taux d’avancement final dépend des conditions initiales !
Calculons pour différents acide carboxylique RCOOH, à la concentration molaire apportée c = 1,00.10–2
mol.L–1
, la
valeur du taux d’avancement final à l’équilibre de leur réaction avec l’eau, connaissant les concentrations de la
forme acide et de sa base conjuguée :  =
[A–
(aq)]éq
c
.
acide K (à 25°C)  (mS.m–1
)
[A–
(aq)]éq
(mol.L–1
)
[AH]éq
(mol.L–1
)

méthanoïque 1,8.10–4
52,6 1,3.10–3
8,7.10–3
13 %
éthanoïque 1,8.10–5
16,4 4,2.10–4
9,6.10–3
4,2 %
propanoïque 1,3.10–5
13,5 3,5.10–4
9,7.10–3
3,5 %
La connaissance de la valeur de K ne suffit pas pour dire si une transformation est totale, puisque le taux
d’avancement dépend également des concentrations mises en présences.
Toutefois, dans la quasi-totalité des cas rencontrés cette année, si K > 104
, la transformation sera considérée comme
totale.
Dans le cas général, le taux d’avancement final d’un système à l’équilibre chimique dépend à la fois des conditions
initiales et de la valeur de la constante d’équilibre K.
Le quotient de réaction Qr,éq d’un système chimique à l’équilibre est une constante, indépendante de l’état initial
du système. Cette constante est appelée constante d’équilibre de la réaction et est noté K.
Pour une transformation dont l’équation de réaction est : a A(aq) + b B(aq) = c C(aq) + d D(aq), la constante
d’équilibre K s’écrit :
K = Qr,éq
[C] c
éq.[D]d
éq
[A] a
éq.[B]b
éq
Pour une réaction donnée, la constante d’équilibre K ne dépend que de la température. K n’a pas d’unité.
Terminale S Chimie – Partie B – Chapitre 4 : État d’équilibre d’un système
Produit des valeurs des concentrations
à l’équilibre des réactifs de l’équation
exposant le nombre stœchiométrique.
Produit des valeurs des concentrations
à l’équilibre des produits de l’équation
exposant le nombre stœchiométrique.
4. Taux d’avancement final d’une transformation
4.1. Influence de l’état initial
Influence de la constante d’équilibre K
4.2.

Contenu connexe

Tendances

cinetique chimique
cinetique chimiquecinetique chimique
cinetique chimique
Yassine Yassine
 
Les titrages volumétriques
Les titrages volumétriquesLes titrages volumétriques
Les titrages volumétriques
Maurice Maeck
 
05se8 p hsol exos solutions
05se8 p hsol   exos solutions05se8 p hsol   exos solutions
05se8 p hsol exos solutions
Hamoudi Mekhalfi
 
Les piles électrochimiques
Les piles électrochimiquesLes piles électrochimiques
Les piles électrochimiques
Maurice Maeck
 
Chap3. Second principe de la thermodynamique
Chap3. Second principe de la thermodynamique Chap3. Second principe de la thermodynamique
Chap3. Second principe de la thermodynamique
Omar Benchiheub
 
Chap1. Lois des gaz parfaits et réels
Chap1. Lois des gaz parfaits et réels Chap1. Lois des gaz parfaits et réels
Chap1. Lois des gaz parfaits et réels
Omar Benchiheub
 

Tendances (7)

cinetique chimique
cinetique chimiquecinetique chimique
cinetique chimique
 
poster SFSM
poster SFSMposter SFSM
poster SFSM
 
Les titrages volumétriques
Les titrages volumétriquesLes titrages volumétriques
Les titrages volumétriques
 
05se8 p hsol exos solutions
05se8 p hsol   exos solutions05se8 p hsol   exos solutions
05se8 p hsol exos solutions
 
Les piles électrochimiques
Les piles électrochimiquesLes piles électrochimiques
Les piles électrochimiques
 
Chap3. Second principe de la thermodynamique
Chap3. Second principe de la thermodynamique Chap3. Second principe de la thermodynamique
Chap3. Second principe de la thermodynamique
 
Chap1. Lois des gaz parfaits et réels
Chap1. Lois des gaz parfaits et réels Chap1. Lois des gaz parfaits et réels
Chap1. Lois des gaz parfaits et réels
 

Similaire à C4 chim equilibre

Sujet PC bac juin 2017 option svt_ Fr
Sujet PC bac juin 2017 option svt_ FrSujet PC bac juin 2017 option svt_ Fr
Sujet PC bac juin 2017 option svt_ Fr
DNL francophone des sections internationales
 
Les coefficients de partage
Les coefficients de partageLes coefficients de partage
Les coefficients de partage
Maurice Maeck
 
Merged 20200701-171755.text mark
Merged 20200701-171755.text markMerged 20200701-171755.text mark
Merged 20200701-171755.text mark
rachidalakaaz
 
Sujet PC bac juin 2017 option sm_ Fr
Sujet PC bac juin 2017 option sm_ FrSujet PC bac juin 2017 option sm_ Fr
Sujet PC bac juin 2017 option sm_ Fr
DNL francophone des sections internationales
 
Solvant, soluté, dissolution, précipitation
Solvant, soluté, dissolution, précipitationSolvant, soluté, dissolution, précipitation
Solvant, soluté, dissolution, précipitation
Isomorphisme
 
Devcon4 sn°1(2013)
Devcon4 sn°1(2013)Devcon4 sn°1(2013)
Devcon4 sn°1(2013)
marouen1994
 
Exercices corrigés chap1 : Lois des gaz parfaits et réels
Exercices corrigés chap1 : Lois des gaz parfaits et réelsExercices corrigés chap1 : Lois des gaz parfaits et réels
Exercices corrigés chap1 : Lois des gaz parfaits et réels
Omar Benchiheub
 
Cohésion chimique cours_akto.docx
Cohésion chimique cours_akto.docxCohésion chimique cours_akto.docx
Cohésion chimique cours_akto.docx
Toufiq AKOUZ
 
Sc phys s2_1er_gp_2014
Sc phys s2_1er_gp_2014Sc phys s2_1er_gp_2014
Sc phys s2_1er_gp_2014
Cheikhou Omar
 
said-khalid.pptx
said-khalid.pptxsaid-khalid.pptx
said-khalid.pptx
AmirSolos
 
Acide base en classe de terminale S
Acide base en classe de terminale SAcide base en classe de terminale S
Acide base en classe de terminale S
cedric lemery
 
La reaction chimique
La reaction chimiqueLa reaction chimique
La reaction chimique
Torbi Vecina Romero
 
St06 lessons gp-distillation
St06 lessons gp-distillationSt06 lessons gp-distillation
St06 lessons gp-distillation
redouanezergat
 
Equations différentielles, DUT MP, CM3
Equations différentielles, DUT MP, CM3Equations différentielles, DUT MP, CM3
Equations différentielles, DUT MP, CM3
Christophe Palermo
 
Aide reaction reacteurs
Aide reaction reacteursAide reaction reacteurs
Aide reaction reacteurs
Nicolas JOUVE
 
1193770.ppt
1193770.ppt1193770.ppt
1193770.ppt
bouafia ahmed
 
Cours distillation
Cours distillationCours distillation
Cours distillation
ACHI Fethi
 

Similaire à C4 chim equilibre (18)

Sujet PC bac juin 2017 option svt_ Fr
Sujet PC bac juin 2017 option svt_ FrSujet PC bac juin 2017 option svt_ Fr
Sujet PC bac juin 2017 option svt_ Fr
 
Les coefficients de partage
Les coefficients de partageLes coefficients de partage
Les coefficients de partage
 
Merged 20200701-171755.text mark
Merged 20200701-171755.text markMerged 20200701-171755.text mark
Merged 20200701-171755.text mark
 
Sujet PC bac juin 2017 option sm_ Fr
Sujet PC bac juin 2017 option sm_ FrSujet PC bac juin 2017 option sm_ Fr
Sujet PC bac juin 2017 option sm_ Fr
 
Solvant, soluté, dissolution, précipitation
Solvant, soluté, dissolution, précipitationSolvant, soluté, dissolution, précipitation
Solvant, soluté, dissolution, précipitation
 
Devcon4 sn°1(2013)
Devcon4 sn°1(2013)Devcon4 sn°1(2013)
Devcon4 sn°1(2013)
 
Exercices corrigés chap1 : Lois des gaz parfaits et réels
Exercices corrigés chap1 : Lois des gaz parfaits et réelsExercices corrigés chap1 : Lois des gaz parfaits et réels
Exercices corrigés chap1 : Lois des gaz parfaits et réels
 
Cohésion chimique cours_akto.docx
Cohésion chimique cours_akto.docxCohésion chimique cours_akto.docx
Cohésion chimique cours_akto.docx
 
Sc phys s2_1er_gp_2014
Sc phys s2_1er_gp_2014Sc phys s2_1er_gp_2014
Sc phys s2_1er_gp_2014
 
said-khalid.pptx
said-khalid.pptxsaid-khalid.pptx
said-khalid.pptx
 
Acide base en classe de terminale S
Acide base en classe de terminale SAcide base en classe de terminale S
Acide base en classe de terminale S
 
Ben Arous2
Ben Arous2Ben Arous2
Ben Arous2
 
La reaction chimique
La reaction chimiqueLa reaction chimique
La reaction chimique
 
St06 lessons gp-distillation
St06 lessons gp-distillationSt06 lessons gp-distillation
St06 lessons gp-distillation
 
Equations différentielles, DUT MP, CM3
Equations différentielles, DUT MP, CM3Equations différentielles, DUT MP, CM3
Equations différentielles, DUT MP, CM3
 
Aide reaction reacteurs
Aide reaction reacteursAide reaction reacteurs
Aide reaction reacteurs
 
1193770.ppt
1193770.ppt1193770.ppt
1193770.ppt
 
Cours distillation
Cours distillationCours distillation
Cours distillation
 

Dernier

Compréhension orale La famille de Sophie (12).pdf
Compréhension orale  La famille de Sophie (12).pdfCompréhension orale  La famille de Sophie (12).pdf
Compréhension orale La famille de Sophie (12).pdf
lebaobabbleu
 
Techno Revo et nations (1789-1848) ).pdf
Techno Revo et nations (1789-1848) ).pdfTechno Revo et nations (1789-1848) ).pdf
Techno Revo et nations (1789-1848) ).pdf
NadineHG
 
La Révolution Bénédictine Casadéenne du Livradois-Forez: De Charlemagne à Fra...
La Révolution Bénédictine Casadéenne du Livradois-Forez: De Charlemagne à Fra...La Révolution Bénédictine Casadéenne du Livradois-Forez: De Charlemagne à Fra...
La Révolution Bénédictine Casadéenne du Livradois-Forez: De Charlemagne à Fra...
Editions La Dondaine
 
1e geo metropolisation metropolisation x
1e geo metropolisation metropolisation x1e geo metropolisation metropolisation x
1e geo metropolisation metropolisation x
NadineHG
 
A1- Compréhension orale - présentations.pdf
A1- Compréhension orale - présentations.pdfA1- Compréhension orale - présentations.pdf
A1- Compréhension orale - présentations.pdf
lebaobabbleu
 
MÉDIATION ORALE - MON NOUVEL APPARTEMENT.pdf
MÉDIATION ORALE - MON NOUVEL APPARTEMENT.pdfMÉDIATION ORALE - MON NOUVEL APPARTEMENT.pdf
MÉDIATION ORALE - MON NOUVEL APPARTEMENT.pdf
lebaobabbleu
 
1e Espaces productifs 2024.Espaces productif
1e Espaces productifs 2024.Espaces productif1e Espaces productifs 2024.Espaces productif
1e Espaces productifs 2024.Espaces productif
NadineHG
 
Auguste Herbin.pptx Peintre français
Auguste   Herbin.pptx Peintre   françaisAuguste   Herbin.pptx Peintre   français
Auguste Herbin.pptx Peintre français
Txaruka
 
GUIDE POUR L’EVRAS BALISES ET APPRENTISSAGES
GUIDE POUR L’EVRAS BALISES ET APPRENTISSAGESGUIDE POUR L’EVRAS BALISES ET APPRENTISSAGES
GUIDE POUR L’EVRAS BALISES ET APPRENTISSAGES
DjibrilToure5
 

Dernier (9)

Compréhension orale La famille de Sophie (12).pdf
Compréhension orale  La famille de Sophie (12).pdfCompréhension orale  La famille de Sophie (12).pdf
Compréhension orale La famille de Sophie (12).pdf
 
Techno Revo et nations (1789-1848) ).pdf
Techno Revo et nations (1789-1848) ).pdfTechno Revo et nations (1789-1848) ).pdf
Techno Revo et nations (1789-1848) ).pdf
 
La Révolution Bénédictine Casadéenne du Livradois-Forez: De Charlemagne à Fra...
La Révolution Bénédictine Casadéenne du Livradois-Forez: De Charlemagne à Fra...La Révolution Bénédictine Casadéenne du Livradois-Forez: De Charlemagne à Fra...
La Révolution Bénédictine Casadéenne du Livradois-Forez: De Charlemagne à Fra...
 
1e geo metropolisation metropolisation x
1e geo metropolisation metropolisation x1e geo metropolisation metropolisation x
1e geo metropolisation metropolisation x
 
A1- Compréhension orale - présentations.pdf
A1- Compréhension orale - présentations.pdfA1- Compréhension orale - présentations.pdf
A1- Compréhension orale - présentations.pdf
 
MÉDIATION ORALE - MON NOUVEL APPARTEMENT.pdf
MÉDIATION ORALE - MON NOUVEL APPARTEMENT.pdfMÉDIATION ORALE - MON NOUVEL APPARTEMENT.pdf
MÉDIATION ORALE - MON NOUVEL APPARTEMENT.pdf
 
1e Espaces productifs 2024.Espaces productif
1e Espaces productifs 2024.Espaces productif1e Espaces productifs 2024.Espaces productif
1e Espaces productifs 2024.Espaces productif
 
Auguste Herbin.pptx Peintre français
Auguste   Herbin.pptx Peintre   françaisAuguste   Herbin.pptx Peintre   français
Auguste Herbin.pptx Peintre français
 
GUIDE POUR L’EVRAS BALISES ET APPRENTISSAGES
GUIDE POUR L’EVRAS BALISES ET APPRENTISSAGESGUIDE POUR L’EVRAS BALISES ET APPRENTISSAGES
GUIDE POUR L’EVRAS BALISES ET APPRENTISSAGES
 

C4 chim equilibre

  • 1. Page 1 sur 3 Dans le précédent chapitre nous avons vu qu’un état d’équilibre dépend, entre autres grandeurs, des concentrations initialement présentes. Est-il possible de prévoir si un système chimique est à l’équilibre ou s’il est hors équilibre ? Rem. : On a toujours [X]  0 par conséquent Qr  0. Conventions :  Si une espèce chimique est le solvant (l’eau pour les solutions aqueuses) on remplace dans l’expression du quotient de réaction Qr, le nombre qui mesure son « activité » par le chiffre 1 (ce qui ne signifie pas que sa concentration vaut 1 mol.L–1 !).  Si une espèce chimique est gazeuse, l’expression du quotient sera abordée dans le supérieur. Établissons l’expression du quotient réaction Qr de la réaction acido-basique entre l’acide éthanoïque et l’eau, déjà rencontrée au chapitre précédent d’équation : CH3COOH(aq) + H2O(l) = CH3COO– (aq) + H3O+ (aq). Qr = [CHCOO– (aq)][HO+ (aq)] [CHCOOHaq]1 Établissons l’expression du quotient réaction Qr de la réaction d’oxydoréduction entre les ions permanganate et les ions fer II rencontrée dans le premier chapitre d’équation : 5 Fe2+ (aq) + MnO– 4(aq) + 8 H+ (aq) = 5 Fe3+ (aq) + Mn 2+ (aq) + 4 H2O(l). Qr = [Fe3+ (aq)] [Mn2+ (aq)] [Fe2+ (aq)] [MnO– 4(aq)][H+ (aq)] Établissons l’expression du quotient réaction de Qr de la réaction de dissolution du chlorure de sodium dans l’eau d’équation : NaCl(s) = Na+ (aq) + Cl– (aq) Qr = [Na+ (aq)][Cl– (aq)]  = [Na+ (aq)][Cl– (aq)] Établissons l’expression du quotient réaction de Qr1 de la réaction de précipitation de l’hydroxyde de fer III dans l’eau d’équation : Fe3+ (aq) + 3 HO– (aq) = Fe(OH)3(s) (réaction 1) Qr1 = 1 [Fe3+ (aq)][HO– (aq)]3 Établissons l’expression du quotient réaction de Qr2 de la réaction de dissolution de l’hydroxyde de fer III dans l’eau d’équation : Fe(OH)3(s) = Fe3+ (aq) + 3 HO– (aq) (réaction 2) Qr2 = [Fe3+ (aq)][HO– (aq)]3 1 = [Fe3+ (aq)][HO– (aq)]3 =  Qr Rem. : deux réactions inverses l’une de l’autre ont des quotients de réaction inverses l’un de l’autre. Le quotient de réaction dépend du sens d’écriture d’une réaction chimique (ainsi que des coefficients stœchiométriques). Dans cette relation les expressions [X] ne représentent que la valeur numérique des concentrations (exprimée en mol.L–1 ), non affectée de leur unité. Le quotient de réaction Qr n’a pas d’unité. [X] est un nombre qui « évalue » la façon dont agit – son « activité » – l’espèce X sur la réaction chimique. Chapitre 4 : État d’équilibre d’un système Terminale S Chimie – Partie B – Chapitre 4 : État d’équilibre d’un système Produit des valeurs des concentrations des réactifs de l’équation exposant la valeur du nombre stœchiométrique. 1. Le quotient de réaction 1.1. Définitions et conventions Produit des valeurs des concentrations des produits de l’équation exposant la valeur du nombre stœchiométrique. 1.2. Exemples en milieu homogène 1.3. Exemples en milieu hétérogène Pour une transformation dont l’équation de réaction est : a A(aq) + b B(aq) = c C(aq) + d D(aq), on définit le quotient de réaction Qr par l’expression : [C]c .[D]d Qr = [A]a .[B]b  Si une espèce chimique est solide, le nombre qui mesure son « activité » dans le système chimique considéré vaut également 1.
  • 2. Page 2 sur 3 On envisage de nouveau la réaction acido-basique entre l’acide éthanoïque et l’eau : CH3COOH(aq) + H2O(l) = CH3COO– (aq) + H3O+ (aq). Dont l’expression du quotient de réaction est : Qr = [CHCOO– (aq)][HO+ (aq)] [CHCOOHaq] . A l’aide d’un tableau d’avancement établissons l’expression des quantités de matière en fonction de l’avancement. équation de la réaction CH3COOH(aq) + H2O(l) = CH3COO– (aq) + H3O+ (aq) état du système avancement n(CH3COOH(aq)) n(H2O(l)) n(CH3COO– (aq)) n(H3O+ (aq)) initial 0 ni = c.V solvant   intermédiaire x c.V – x solvant x x final xf c.V – xf solvant xf xf Au cours de la transformation, la quantité de matière en ions oxonium H3O+ (aq) est égale à celle des ions éthanoate (ou ion acétate) CH3COO– (aq) : n(CH3COO– (aq)) = n(H3O+ (aq)) = x. La quantité de matière en acide éthanoïque est n(CH3COOH(aq)) = c.V – x. Les concentrations de chaque espèce sont donc : [CH3COO– (aq)] = [H3O+ (aq)] = x V et [CH3COOH(aq)] = c – x V Au cours de la transformation le quotient de réaction s’écrit donc : Qr = [CHCOO– (aq)][HO+ (aq)] [CHCOOHaq] =       x V  c – x V Le quotient de réaction Qr dépend donc de l’avancement x (ainsi que de la concentration molaire apportée) : la valeur du quotient de réaction Qr évolue au cours d’une transformation ! De quels paramètres dépend le quotient de réaction à l’équilibre ? On peut déterminer expérimentalement l’avancement à l’équilibre xéq, grâce à la mesure de la conductivité , pour la réaction étudiée : CH3COOH(aq) + H2O(l) = CH3COO– (aq) + H3O+ (aq). En effet, on rappelle que    i Xi.[Xi] où Xi représente les espèces ioniques en solution. Ainsi :  = (CH3COO– (aq)).[CH3COO– (aq)] + (H3O+ (aq)).[H3O+ (aq)]. Or les concentrations en ions oxonium et en ion acétate sont égales, comme établi dans le paragraphe 2. Ainsi : éq = (CH3COO– (aq)). xéq V + (H3O+ (aq)). xéq V = ( ) CHCOO– (aq)  HO+ (aq) . xéq V Par conséquent xéq V = éq CHCOO– (aq)  HO+ (aq) Valeurs des conductivités molaires ioniques (en mS.m2 .mol–1 ) à 25°C : (CH3COO– (aq)) = 4,1 et (H3O+ (aq)) = 35,0. Mesurons la conductivité éq pour différentes concentrations molaires apportées c en acide éthanoïque et déterminons le quotient de réaction à l’équilibre Qr,éq pour chacune d’elles. c (mol.L–1 )  (mS.m–1 ) xéq V (mol.m–3 ) xéq V (mol.L–1 ) [CH3COO– (aq)]éq [CH3COOH]éq Qr,éq 8,0.10–3 13,6 3,5.10–1 3,5.10–4 3,5.10–4 7,6.10–3 1,6.10–5 4,0.10–3 9,5 2,4.10–1 2,4.10–4 2,4.10–4 3,8.10–3 1,5.10–5 2,0.10–3 6,6 1,7.10–1 1,7.10–4 1,7.10–4 1,8.10–3 1,6.10–5 1,0.10–3 4,6 1,2.10–1 1,2.10–4 1,2.10–4 0,9.10–3 1,6.10–5 Pour des concentrations molaires apportées différentes, on observe que le quotient de réaction à l’équilibre possède la même valeur ! Le quotient de réaction à l’équilibre Qr,éq ne dépend pas de la concentration initiale ! Terminale S Chimie – Partie B – Chapitre 4 : État d’équilibre d’un système au cours d’une transformation 2. Évolution du quotient de réaction Qr 3. Quotient de réaction dans l’état d’équilibre du système Qr,éq
  • 3. Page 3 sur 3 On peut à présent répondre à la question posée en début de chapitre : le calcul du quotient de réaction Qr permet de prévoir si un système chimique est à l’équilibre ou non, si l’on connaît la constante d’équilibre K : – si Qr = K alors le système est à l’équilibre ; – si Qr  K, le système n’est pas à l’équilibre et va évoluer (suivant une cinétique qui lui est propre : rapidement ou lentement voire infiniment lentement…). Déterminons le taux d’avancement de la transformation : CH3COOH(aq) + H2O(l) = CH3COO– (aq) + H3O+ (aq), pour différentes concentrations molaires apportées en acide éthanoïque.  = xéq xmax = [CHCOO– (aq)]éq.V c.V = [CHCOO– (aq)]éq c c (mol.L–1 )  (mS.m–1 ) [CH3COO– (aq)]éq (mol.L–1 ) [CH3COOH]éq (mol.L–1 )  8,0.10–3 13,6 3,5.10–4 7,6.10–3 4,4 % 4,0.10–3 9,5 2,4.10–4 3,8.10–3 6,0 % 2,0.10–3 6,6 1,7.10–4 1,8.10–3 8,5 % 1,0.10–3 4,6 1,2.10–4 0,9.10–3 12 % Le taux d’avancement final dépend des conditions initiales ! Calculons pour différents acide carboxylique RCOOH, à la concentration molaire apportée c = 1,00.10–2 mol.L–1 , la valeur du taux d’avancement final à l’équilibre de leur réaction avec l’eau, connaissant les concentrations de la forme acide et de sa base conjuguée :  = [A– (aq)]éq c . acide K (à 25°C)  (mS.m–1 ) [A– (aq)]éq (mol.L–1 ) [AH]éq (mol.L–1 )  méthanoïque 1,8.10–4 52,6 1,3.10–3 8,7.10–3 13 % éthanoïque 1,8.10–5 16,4 4,2.10–4 9,6.10–3 4,2 % propanoïque 1,3.10–5 13,5 3,5.10–4 9,7.10–3 3,5 % La connaissance de la valeur de K ne suffit pas pour dire si une transformation est totale, puisque le taux d’avancement dépend également des concentrations mises en présences. Toutefois, dans la quasi-totalité des cas rencontrés cette année, si K > 104 , la transformation sera considérée comme totale. Dans le cas général, le taux d’avancement final d’un système à l’équilibre chimique dépend à la fois des conditions initiales et de la valeur de la constante d’équilibre K. Le quotient de réaction Qr,éq d’un système chimique à l’équilibre est une constante, indépendante de l’état initial du système. Cette constante est appelée constante d’équilibre de la réaction et est noté K. Pour une transformation dont l’équation de réaction est : a A(aq) + b B(aq) = c C(aq) + d D(aq), la constante d’équilibre K s’écrit : K = Qr,éq [C] c éq.[D]d éq [A] a éq.[B]b éq Pour une réaction donnée, la constante d’équilibre K ne dépend que de la température. K n’a pas d’unité. Terminale S Chimie – Partie B – Chapitre 4 : État d’équilibre d’un système Produit des valeurs des concentrations à l’équilibre des réactifs de l’équation exposant le nombre stœchiométrique. Produit des valeurs des concentrations à l’équilibre des produits de l’équation exposant le nombre stœchiométrique. 4. Taux d’avancement final d’une transformation 4.1. Influence de l’état initial Influence de la constante d’équilibre K 4.2.