À la fin, vous saurez
- Exprimer un quotient de réaction dans un modèle idéal.
- Comparer Q et K à température fixée.
- Calculer une composition d’équilibre simple.
Avant de commencer
Équation équilibrée, concentration molaire et tableau d’avancement.
Comprendre
Un équilibre reste dynamique
Dans un système fermé à température fixée, un équilibre chimique correspond à des vitesses de réaction directe et inverse égales. Les quantités macroscopiques restent constantes, mais les transformations microscopiques continuent. Les concentrations des réactifs et produits ne sont pas nécessairement égales.
Écrire Q
Pour aA+bB⇌cC+dD, Q=(aCᶜ aDᵈ)/(aAᵃ aBᵇ), où les a désignent les activités et les exposants les coefficients. Dans une solution idéale diluée, l’activité d’un soluté est approchée par [X]/c° avec c°=1 mol/L. Les solides purs et le solvant pur ont une activité prise égale à 1. À l’équilibre, Q=K pour la température considérée.
Prévoir un sens sans prédire une vitesse
Si Q<K, le système évolue spontanément dans le sens direct ; si Q>K, dans le sens inverse ; si Q=K, il est à l’équilibre. Une grande valeur de K favorise les produits à l’équilibre, mais ne renseigne pas sur la vitesse. Un catalyseur facilite l’atteinte de l’équilibre sans changer K à température fixée.
Exemple guidé
Pour A⇌B en solution idéale à volume constant, K=4. Au départ [A]=0,100 mol/L et [B]=0. Trouver les concentrations à l’équilibre.
- Ici Q=[B]/[A]. Initialement Q=0<K : le sens direct est favorisé.
- Notons x l’augmentation de [B] en mol/L. Alors [A]=0,100−x et [B]=x.
- À l’équilibre, x/(0,100−x)=4. Donc 5x=0,400 et x=0,0800 mol/L.
- [A]eq=0,0200 mol/L et [B]eq=0,0800 mol/L. Le rapport vaut bien 4 et la somme des concentrations reste 0,100 mol/L.
À vous de jouer
Exercice 1
Pour A⇌B, K=3 et les concentrations initiales valent [A]=0,20 et [B]=0,10 mol/L. Prévoir le sens.
Un indice
Calculer Q avant toute évolution.
Voir la correction
Q=0,10/0,20=0,5<3. L’évolution se fait dans le sens direct.
Exercice 2
Pour A⇌B, K=2, [A]=0,10 et [B]=0,40 mol/L. Prévoir le sens.
Un indice
Comparer Q à K.
Voir la correction
Q=4>2. Le sens inverse est favorisé : B est consommé et A se forme.
Exercice 3
Dans le modèle idéal A⇌B avec K=1 et [A]+[B]=0,060 mol/L, déterminer l’équilibre.
Un indice
K=1 impose [B]/[A]=1.
Voir la correction
Les deux concentrations valent 0,030 mol/L. Leur égalité vient ici de K=1 et de cette stœchiométrie, pas de la définition générale de l’équilibre.
Les erreurs à éviter
- Ne pas confondre équilibre et arrêt des réactions.
- Ne pas remplacer les exposants de Q par les quantités initiales.
- Ne pas conclure qu’une réaction est rapide à partir de K.
Vérifiez votre compréhension
Référence scientifique
Fiche originale Dars +. Les références servent à vérifier les notions ; aucun cours ni exercice tiers n’est reproduit. Cette collection couvre des notions choisies et ne constitue pas un programme officiel exhaustif. Adéquation au programme de votre classe à confirmer avec votre enseignant.
OpenStax — Chimie ↗Référence en anglais. Rédaction et exercices originaux en français et arabe.