Au programme de ce chapitre
- I. L'énoncé de la loi
- II. Calculer et interpréter Kc
- III. S'entrainer
- Savoir-faire
- Exercices types corrigés
- Teste-toi — vrai ou faux ?
- Pièges fréquents et astuces
- À retenir
Un exemple corrigé
Écrire l'expression de Kc
- N2 + 3 H2 ⇌ 2 NH3 : Kc = [NH3]2 / ([N2] · [H2]3).
- 2 NO2 ⇌ N2O4 : Kc = [N2O4] / [NO2]2.
- CH3COOH + C2H5OH ⇌ CH3COOC2H5 + H2O : Kc = [ester] · [H2O] / ([acide] · [alcool]).
Extrait du cours
À l'équilibre, les concentrations ne prennent pas n'importe quelles valeurs : deux chimistes norvégiens, Guldberg et Waage, ont découvert en 1864 qu'une certaine combinaison de ces concentrations est toujours la même à une température donnée. Cette constante d'équilibre permet de savoir si une réaction favorise les produits ou les réactifs.
| Valeur de Kc | Position de l'équilibre | Exemple |
|---|---|---|
| très grande (supérieure à 104 environ) | presque uniquement des produits : réaction pratiquement complète | H2 + Cl2 ⇌ 2 HCl, Kc ≈ 1033 à 25 °C |
| voisine de 1 (entre 10−4 et 104 environ) | réactifs et produits en quantités comparables | estérification, Kc ≈ 4 |
| très petite (inférieure à 10−4 environ) | presque uniquement des réactifs : la réaction n'a pratiquement pas lieu | N2 + O2 ⇌ 2 NO, Kc ≈ 10−30 à 25 °C |
Lexique
- constante d'équilibre Kc
- rapport des concentrations à l'équilibre défini par la loi de Guldberg et Waage
- loi d'action de masse
- autre nom de la loi de Guldberg et Waage
- position de l'équilibre
- côté (réactifs ou produits) qui domine à l'équilibre
Les erreurs fréquentes à éviter
Piège — inverser numérateur et dénominateur, ou oublier les exposants. Les produits sont en haut. Dans 2 NO2 ⇌ N2O4, Kc = [N2O4] / [NO2]2 : le coefficient 2 devient un exposant. Sans exposant, ta valeur est fausse.
Piège — mettre les solides ou le solvant dans K<sub>c</sub>. Dans C(s) + CO2 ⇌ 2 CO, le carbone ne figure pas. Un solide, un liquide pur ou l'eau solvant ont une concentration pratiquement constante : on ne les écrit pas.
Attention On n'écrit pas dans Kc les solides, ni les liquides purs, ni l'eau quand elle est le solvant d'une solution diluée : leur « concentration » ne varie pratiquement pas. Par exemple, pour CaCO3(s) ⇌ CaO(s) + CO2(g), Kc = [CO2].
En revanche, dans l'estérification, l'eau est un produit parmi d'autres (il n'y a pas de solvant) : elle figure dans Kc.
En revanche, dans l'estérification, l'eau est un produit parmi d'autres (il n'y a pas de solvant) : elle figure dans Kc.
L'astuce du prof
Astuce. Avant de calculer, estime l'ordre de grandeur : si les produits sont nettement plus abondants que les réactifs, Kc doit être grand. Un résultat très petit signale probablement une inversion.
Exercices corrigés
Cherche d'abord seul, puis ouvre la correction.
Exercice 1 — Trois expressions de K<sub>c</sub>
Écris l'expression de Kc pour : a) 4 NH3(g) + 5 O2(g) ⇌ 4 NO(g) + 6 H2O(g) ; b) C(s) + CO2(g) ⇌ 2 CO(g) ; c) Fe3+ + SCN− ⇌ FeSCN2+ (en solution).
Voir la correction
Produits en haut, réactifs en bas, coefficients en exposants. a) Kc = [NO]4 · [H2O]6 / ([NH3]4 · [O2]5), car ici l'eau est un gaz. b) Le carbone est un solide et n'apparait pas : Kc = [CO]2 / [CO2]. c) Kc = [FeSCN2+] / ([Fe3+] · [SCN−]).
Exercice 2 — Une synthèse de l'ammoniac
Dans un récipient de 2,0 L, l'équilibre N2 + 3 H2 ⇌ 2 NH3 contient 0,50 mol de N2, 1,50 mol de H2 et 0,60 mol de NH3. Calcule Kc.
Voir la correction
Je convertis en concentrations : [N2] = 0,50 / 2,0 = 0,25 mol/L ; [H2] = 1,50 / 2,0 = 0,75 mol/L ; [NH3] = 0,60 / 2,0 = 0,30 mol/L. Alors Kc = 0,302 / (0,25 × 0,753) = 0,090 / 0,105 ≈ 0,85.