Chap 07 - Etat d'équilibre d'un système chimique (B.2) 
I ) Quotient de réaction Qr :
1) Définition :
réaction d'équation : aA(aq) + bB(aq) = cC(aq) + dD(aq)
le quotient de la réaction Qr est défini par : Qr = ……………………
* Dans cette relation, on n'indique que les espèces ………… en solution, ce qui exclut les ……….., les …………, les …. non …….. et le ……… souvent l'…...
Les concentrations des espèces en solution s'expriment en ……., mais Qr est une grandeur ……………….. (s'exprime …………..).
* Si l'on écrit l'équation dans l'autre sens, son quotient de réaction est l'inverse du précédent.
cC(aq) + dD(aq) = aA(aq) + bB(aq) ; Qr' = …………………. = …….
* Exemples :
CH3—COOH(aq) + NH3(aq) = CH3—COO-(aq) + NH4+(aq)
Qr = ……………………………………………….
HCOOH(aq) + H2O = HCOO-(aq) + H3O+ Qr = .................................................
2S2O32-(aq) + I2(aq) = S4O62-(aq) + 2I-(aq) Qr = .................................................
Cu2+(aq) + 2 HO- (aq) = Cu(HO)2(s) Qr = ..........................................
Zn + Cu2+(aq) = Zn2+(aq) + Cu Qr = ..........................................
II) Quotient de réaction dans l'état d'équilibre :
1) Définition :
Le quotient de réaction dans l'état d'équilibre, noté Qréq, est la valeur que prend le quotient de réaction lorsque l'état d'équilibre du système chimique est …….
A l'équilibre, les concentrations des espèces en solution……………….
Elles peuvent alors être déterminées par des méthodes chimiques ou physiques
déjà évoquées (…………., ………….., ……………., ………………..,...).
2) Détermination de Qréq par conductimétrie :
Le conductimètre permet de mesurer la …………. G, exprimée en
………….. (…), de l'électrolyte ou directement la ………….. σ,
exprimée en …... G = …R = I ...U
G = σ .. S .. d avec
S : ………. des électrodes ; d: ……….. des électrodes
La ……………. σ est liée aux concentrations des espèces ioniques M+ et X- en solution :
σ = …………………. où λ est la …………………………….. en ………….
Ces grandeurs λ sont connues et on les trouve dans des tables de mesure.
Une mesure conductimétrique et parfois la neutralité électrique de la solution permet donc de connaître les ……………. des espèces ……….. en solution.
Les propriétés des solutions, et la conservation de la quantité de matière de l'espèce introduite , permettent de connaître les ……………. des espèces ……………...
Cela permet de déduire …..
* Exemple: Réaction de l'acide éthanoïque avec l'eau :
On mesure la conductance G de la solution et on en déduit sa conductivité σ.
L'acide a été introduit à la concentration c connue. L'équation de la réaction est :
CH3—COOH + H2O = CH3—COO- + H3O+
On note l'acide AH et sa base conjuguée (ion éthanoate) A-.
Les espèces qui conduisent le courant sont ……………...
Cette réaction conduit à un …………..
A l'équilibre, les concentrations des espèces en solution ……………………..
σ = ……………………….
D'après l'équation, [H3O+]éq = …….. ⇒ σ = ……………………..
⇒ [H3O+]éq = .....................................
On utilise la conservation de la matière : La quantité de matière d'acide introduite, n(AH)0, se retrouve à l'équilibre en acide (n(AH)éq), et en sa base conjuguée (n(A-)éq).
n(AH)0 = ……………… ⇒ n(AH)éq = ……………. = ………………
⇒ [AH]éq = …………….
Qréq = …………………………. = …………………….
III) Constante d'équilibre K associée à l'équation d'une réaction :
1) Invariance de Qréq pour une réaction à une température donnée :
Le quotient de réaction dans l'état d'équilibre est une ……… à température donnée.
Elle est ……………. de la composition initiale du système chimique (indépendante de ..).
2) Constante d'équilibre K associée à l'équation d'une réaction :
La constante d'équilibre K associée à l'équation d'une réaction est la valeur du ………. de réaction dans l'état d'équilibre du système ….. K = ….
* K comme Qr et Qréq, est associée à l'équation d'une réaction écrite dans un …. donné.
* K est une constante qui ne dépend que de la …………...
* K ne dépend pas de la ni façon dont l'………. est atteint (l'…………. peut être atteint à partir des espèces situées à gauche ou à droite du signe = ), ni de leur ………….
IV) Taux d'avancement final dans l'état d'équilibre :
1) Influence de la composition initiale :
Tableau d'évolution de la réaction de l'acide éthanoïque avec l'eau :
|
Equation chimique |
CH3-COOH + H2O = CH3-COO- + H3O+ |
||||
|
Etat du système |
Avanc. |
Quantité de matière en mol |
|||
|
Etat initial |
0 |
||||
|
En cours de réaction |
x |
||||
|
Etat final |
xéq |
||||
si la réaction était totale, n(AH)f = .. et xf = …… , n(AH)0 - xmax = .. ⇒ xmax = ……
taux d'avancement de la réaction à l'équilibre : τ = ……….. ⇒ τ = ……………………
τ = ……………..
Mesures de pH de solutions d'acide éthanoïque aux concentrations 5,0.10-2 mol.L-1 et 5,0.10-3 mol.L-1:
|
c (mol.L-1) |
5,0.10-2 |
5,0.10-3 |
|
[H3O+]éq (mol.L-1) |
8,9.10-4 |
2,8.10-4 |
|
τ |
1,8 % |
5,6 % |
Plus la solution d'acide est diluée, plus le taux d'avancement à l'équilibre est ……..
Le taux d'avancement à l'équilibre dépend de ………………. du système chimique.
2) Influence de la constante d'équilibre :
Exemple simple : A(aq) + B(aq) = C(aq) + D(aq) K = ([C].[D])/( [A].[B])
On introduit les réactifs à la même concentration initiale c (n(A)0 = n(B)0).
Tableau d'évolution de la réaction :
|
Equation chimique |
A(aq) + B(aq) = C(aq) + D(aq) |
||||
|
Etat du système |
Avancement |
Quantité de matière en mol |
|||
|
Etat initial |
0 |
||||
|
Etat final |
xéq |
||||
Taux d'avancement : τ = ………… ⇒ xéq = ………. = …………
En divisant les quantités de matière par le volume de la solution, on obtient :
|
Equation chimique |
A(aq) + B(aq) = C(aq) + D(aq) |
||||
|
Etat du système |
Avanc. |
Concentration en mol.L-1 |
|||
|
Etat initial |
0 |
||||
|
Etat final |
xéq |
||||
Constante de la réaction : K = …………….
Cela montre que le taux d'avancement de la réaction à l'équilibre ……… de la constante K .
Les mesures montrent que ce taux d'avancement à l'équilibre est d'autant plus élevé que la constante K est plus …….
Si K > 104, τ > 99% la réaction peut alors être considérée comme ……..
Si K = 102 , τ = 0,91 = 91%
Si K = 104 , √¯K = ... / (1 - ...) = 1 / (1/... - 1) ; 1 / τ - 1 = ............ ; 1 / τ = ...........................
τ = ......................... = ......................... = 0,.... = ...... %
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