Ii aspect quantitatif de l’équilibre chimique (cf tp n°4 de chimie)








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date de publication27.04.2017
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II Aspect quantitatif de l’équilibre chimique (cf TP n°4 de chimie)
1) Quotient de réaction Qr

On considère la réaction du cuivre Cu(s) sur les ions IO3-(aq)







EI

n1

n2

n3

n4

n5

n6

Einter

n1 - 5x

n2 - 2x

n3 – 12x

n4 + x

n5 + 6x

n6 + 5x

EF réel

n1 - 5xf

n2 - 2xf

n3 – 12xf

n4 + xf

n5 + 6xf

n6 + 5xf

EF si réaction totale

n1 - 5xmax

n2 - 2xmax

n3 – 12xmax

n4 + xmax

n5 + 6xmax

n6 + 5xmax


A cette équation est associé un quotient de réaction noté généralement Qr et qui est égal, par définition, à
Qr =

Où aI2 est l’activité de I2(aq)

aH2O est l’activité de
Les activités ont des expressions à connaître par cœur :

* Activité d’un solide =

* Activité d’un liquide : plusieurs cas sont à envisager

s’il s’agit d’une solution

  • activité du solvant =

  • activité d’un soluté =

s’il s’agit d’un mélange qui ne soit pas une solution : voir fin d’année

* Activité d’un gaz = pas au programme de terminale
Ainsi, dans l’exemple étudié,
Qr =

2) Propriétés du quotient de réaction
a) Unité

Les activités de toutes les espèces n’ont ……………………………………………………………….

Donc Qr …………………………………………………………………

Afin de ne pas alourdir les notations, on n’écrira plus le coefficient c0 pour l’activité de chaque soluté. Mais attention !! Les valeurs des concentrations des solutés dans les calculs doivent être données ………………… pour calculer Qr.
b) Qr et écriture de la réaction

Qr est spécifique de……………………………………………………………………. car
Le sens de l’équation doit donc être bien précisé. Pour la réaction écrite dans l’autre sens, on obtiendrait en effet unquotient de réaction Qr égal à

Qr =

La valeur des coefficients stoechiométriques doit être unanime. On les choisit de tel manière que ……………………..
c) Qr et état du système chimique

Qr dépend de l’état du système, en particulier de ………………………………..
Qr,i =
Au cours de la réaction, de manière générale, en notant Vtot le volume du milieu réactionnel,

Qr =


Qr dépend donc -

-

3) Quotient de réaction dans l’état d’équilibre d’un système

Lorsque l’état final du système est état d’équilibre (ce sera toujours vrai sauf mention contraire en Tale), le quotient de réaction, à une température donnée, prend une valeur constante QUI NE DEPEND PAS DES CONDITIONS INITIALES.
Corollaire :

A une température donnée, en modifiant les conditions initiales (……………………………………….), l’avancement x atteindra une autre valeur dans l’état final du système mais telle que, si cet EF est état d’équilibre, conduira à la même valeur pour Qr.
Si l’EF est état d’équilibre, xf pourra être noté avantageusement xeq ; Qr,f, Qr,eq. (et [X]f , [X]eq).

4) Constante d’équilibre d’une réaction chimique

A toute équation chimique est associée une constante appelée « constante d’équilibre de la réaction chimique » notée K qui ne dépende que de la température. Les valeurs de K sont tabulées (Handbook) :
Le quotient de la réaction associée, à l’état d’équilibre du système, est égal à la constante K d’équilibre de la réaction :

5) Constante d’équilibre et état d’équilibre

Soit un système chimique où a lieu la réaction chimique précédente. Soit K la constante d’équilibre associée dont la valeur, pour la température utilisée, a été trouvée dans les tables de chimie.

On considère un certain état du système c’est à dire ………………………………………………………………… et effectuons alors le calcul de Qr dans cet état.
* Si Qr K : -

-

-

-
* Si Qr = K : -

-

-

-
Ecrivons l’expression de Qr,eq et égalisons la à K :


(équation 1)

Connaissant les C.I. (ce qui est toujours le cas) et la valeur de xf = xeq (car l’EF est état d’équilibre) par un des moyens à la disposition du chimiste (…………………………………………………………………………………………………), on peut alors déterminer ou retrouver …….
A l’inverse, connaissant les C.I. et connaissant K (trouvé dans les tables), l’équation 1 précédente apparaît comme une équation (souvent compliquée) où l’inconnue est ………… Un ordinateur est capable de la résoudre. Il s’agit la plupart du temps d’un polynôme dont il faut calculer les racines. L’équation 1 admet donc, dans le cas général, plusieurs solutions. Il faut choisir celle qui soit en accord avec le caractère physique de xeq à savoir :

-

-


6) Qui dépend de quoi ?

7) Equilibres simultanés

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