Chap 10 – Evolution spontanée d'un système chimique

I ) Quotient de réaction : (Revoir le cours correspondant et quelques exercices)

équation  :  aA_(aq) + bB_(aq) = cC_(aq) + dD_(aq)           Qr  = ………./ (……….)

Seules sont représentées les espèces dissoutes en solution, ce qui exclut les solides, les précipités, les gaz non dissous et le solvant souvent l'eau .    Qr est sans unité.

A l'équilibre, Q_{r éq} = ….  (constante d'équilibre).

II ) Critère d'évolution spontanée :

Une évolution est spontanée si elle se produit sans intervention extérieure.

Au cours du temps, la valeur du quotient de réaction Qr tend vers la constante d'équilibre K .

Les trois situations qui peuvent être envisagées : Qr_initial < K ,  Qr_initial > K ou Qr_initial = K    :

1) Qr_initial = K

Le système chimique est à l'………. La réaction se fait dans les 2 sens mais le mélange n'évolue pas. Les concentrations des espèces chimiques …………….., Qr reste ………..

2)  Qr_initial < K

a A (aq) + b B (aq) = c C (aq) + d D (aq)             Qr_initial = [C]^c₀.[D]^d₀  / ( [A]^a₀.[B]^b₀ )

 

Si Qr _initial < K, cela signifie que le système va évoluer de façon à ce que Qr ……… pour tendre vers … . Il faut donc …….. des espèces C et D, et ………… A et B, le système va donc évoluer dans le sens ……. de l'équation de la réaction .

Cette évolution s'arrêtera lorsque la quotient de la réaction atteindra la valeur de la constante d'équilibre ….

3) Qr_initial > K :

Si Qr _initial > K, cela signifie que le système va évoluer de façon à ce que Qr ………. pour tendre vers … . Il faut donc …… des espèces A et B, et …………. C et D, le système va donc évoluer dans le sens ………… de l'équation de la réaction .

Cette évolution s'arrêtera lorsque la quotient de la réaction atteindra la valeur de la constante d'équilibre ….

4) Diagramme de critère d'évolution :

III ) Application du critère d'évolution spontanée :

1) Réaction acido-basique :

Exercice :  On mélange les solutions suivantes :

➢ V₁ = 5,0 mL d'une solution d'acide méthanoïque de concentration C₁ = 3,0.10 ^{- 2} mol.L^-1 

➢ V₂ = 10,0 mL d'une solution de chlorure d'ammonium de concentration C₂ = 4,0.10 ^{- 2} mol.L^-1 

➢ V₃ = 5,0 mL d'une solution de méthanoate de sodium de concentration C₃ = 6,0.10 ^{- 2} mol.L^-1 

➢ V₄ = 10,0 mL d'une solution d'ammoniaque de concentration C₄ = 8,0.10 ^{- 2} mol.L^-1 

a) Calculer le quotient de réaction initial en considérant l'acide méthanoïque comme un réactif.

b) Préciser le sens d'évolution spontanée de ce système chimique.

Données: couple  HCOOH / HCOO ^- : pK_A1 = 3,8  et couple NH₄⁺/NH₃ : pK_A2 = 9,2

 

Solution

 

 

 

2) Réaction d'oxydo-réduction :

Exercice : On mélange les espèces suivantes :

➢ V₁ = 20 mL d'une solution de chlorure de fer ( III ) de concentration C₁ = 0,030 mol.L^-1 

➢ V₂ = 20 mL d'une solution de sulfate de fer ( II ) de concentration C₂ = 0,020 mol.L^-1 

➢ V₃ = 10 mL d'une solution de sulfate de cuivre ( II ) de concentration C₃ = 0,10 mol.L^-1 

➢ 10 g de poudre de cuivre.
Données :  couples :  Fe³⁺ / Fe²⁺   et   Cu²⁺ / Cu

a) Ecrire l'équation de la réaction susceptible de se produire entre le cuivre et les ions Fe³⁺.

b) Calculer le quotient de réaction initial associé à cette équation.

c) Déterminer le sens d'évolution spontanée de la réaction où K = 3,8.10 ⁴⁰.

Solution :

 

 

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