Au programme de ce chapitre
- I. Le tableau d'avancement
- II. Calculer la composition à l'équilibre à partir de Kc
- III. Prévoir le sens d'évolution : le quotient de réaction
- Savoir-faire
- Exercices types corrigés
- Teste-toi — vrai ou faux ?
- Pièges fréquents et astuces
- À retenir
La définition à retenir
Définition Le quotient de réaction Qc a la même expression que Kc, mais on y met les concentrations à un instant quelconque (pas forcément à l'équilibre).
- Qc < Kc : il y a trop peu de produits ; le système évolue dans le sens direct (→).
- Qc > Kc : il y a trop de produits ; le système évolue dans le sens inverse (←).
- Qc = Kc : le système est à l'équilibre.
Un exemple corrigé
Exemple Dans un récipient de 1,00 L, on introduit 0,100 mol de N2O4. À l'équilibre (à une certaine température), on trouve 0,060 mol de NO2. Calcule Kc pour N2O4 ⇌ 2 NO2.
Donc x = 0,030 et [N2O4] = 0,070 mol/L. Kc = 0,0602 / 0,070 = 0,0036 / 0,070 ≈ 0,051.
| N2O4 | 2 NO2 | |
|---|---|---|
| initial (mol/L) | 0,100 | 0 |
| variation | −x | +2x |
| équilibre | 0,100 − x | 2x = 0,060 |
Lexique
- tableau d'avancement
- tableau initial / variation / équilibre pour suivre une réaction
- avancement x
- quantité qui mesure jusqu'où la réaction a progressé
- quotient de réaction Qc
- même expression que Kc, avec les concentrations à un instant quelconque
Les erreurs fréquentes à éviter
Piège — oublier le coefficient dans la variation. Pour N2O4 ⇌ 2 NO2, si N2O4 perd x, NO2 gagne 2x, pas x. Cette erreur fausse tout le calcul de Kc.
Piège — garder une solution qui n'a pas de sens. Une équation du second degré donne deux valeurs de x. Si l'une est négative, ou plus grande que la quantité initiale du réactif limitant, elle est impossible : tu l'élimines.
Attention La variation de chaque espèce est proportionnelle à son coefficient : quand 0,030 mol/L de N2O4 disparait, il apparait 2 × 0,030 = 0,060 mol/L de NO2, pas 0,030. Et si on te donne des moles, divise par le volume avant de remplacer dans Kc (sauf si le volume se simplifie).
L'astuce du prof
Astuce Quand l'expression de Kc est un carré parfait (comme ici), prends la racine carrée des deux membres : tu évites l'équation du second degré. Sinon, il faut résoudre a·x2 + b·x + c = 0 et garder la solution qui a un sens chimique (concentrations positives, x plus petit que la quantité initiale du réactif limitant).
Exercices corrigés
Cherche d'abord seul, puis ouvre la correction.
Exercice 1 — La dissociation du pentachlorure de phosphore
On introduit 0,50 mol de PCl5 dans un récipient de 2,0 L. À l'équilibre PCl5 ⇌ PCl3 + Cl2, on trouve [Cl2] = 0,10 mol/L. Construis le tableau d'avancement et calcule Kc.
Voir la correction
La concentration initiale est [PCl5] = 0,50 / 2,0 = 0,25 mol/L. Tableau : PCl5 passe de 0,25 à 0,25 − x ; PCl3 de 0 à x ; Cl2 de 0 à x. Comme [Cl2] = x = 0,10 mol/L, on a [PCl5] = 0,15 mol/L et [PCl3] = 0,10 mol/L. Donc Kc = 0,10 × 0,10 / 0,15 ≈ 0,067.
Exercice 2 — Dans quel sens évolue ce mélange ?
À une température où Kc = 4 pour l'estérification, on mélange 2,0 mol d'acide, 1,0 mol d'alcool, 3,0 mol d'ester et 3,0 mol d'eau. Le système est-il à l'équilibre ? Sinon, dans quel sens évolue-t-il ?
Voir la correction
Qc = (3,0 × 3,0) / (2,0 × 1,0) = 4,5. Comme les nombres de moles de chaque côté sont égaux, le volume se simplifie. Qc = 4,5 est supérieur à Kc = 4 : le système n'est pas à l'équilibre. Il y a trop de produits, donc il évolue dans le sens inverse : de l'ester et de l'eau se transforment en acide et en alcool.