L'état d'équilibre d'un système chimique - publié le 17/02/2007

Résumé du document

Ce cours étudie l'état d'équilibre d'un système chimique qui résulte de la compensation des effets des réactions s'effectuant dans les sens direct et inverse. Peut-on caractériser quantitativement cet état d'équilibre ? Existe-t-il une relation particulière entre les quantités des différentes espèces chimiques lorsque l'équilibre chimique est atteint ? On recherche ici une relation quantitative vérifiée à l'équilibre et indépendante de l'état initial du système chimique.

Extraits

[...] Le quotient de réaction a alors pour expression : produits Qr = réactifs Remarque : Si la réaction étudiée conduit à un équilibre chimique ; elle peut être écrite dans le sens inverse : γ C(aq) + δ D(aq) = α A(aq) + β B(aq) Le quotient de réaction s'écrit alors : Qr' = = Le quotient de réaction dépend donc du sens d'écriture de l'équation bilan ; ce sens devra toujours être clairement précisé afin d'éviter les confusions. 2.c. Cas particulier où l'une des espèces chimiques (réactif ou produit) est le solvant (l'eau). Exemple : Soit la réaction de dissolution de l'acide éthanoïque dans l'eau : CH3COOH(aq) + H2O = CH3COO-(aq) + H3O+(aq) Le quotient de réaction a alors pour expression: Qr = Le solvant n'intervient pas dans l'écriture du quotient de réaction. 2.d. Cas particulier où l'une des espèces chimiques (réactif ou produit) est à l'état solide. [...]

[...] Etude d'un exemple. On considère de nouveau la réaction de dissolution de l'acide éthanoïque dans l'eau : CH3COOH(aq) + H2O = CH3COO-(aq) + H3O+(aq) Si la solution obtenue a un volume v et une concentration c en acide apporté, on peut établir le tableau d'avancement de la réaction: CH3COOH(aq) + H2O = CH3COO-(aq) + H3O+(aq) Le quotient de réaction a pour expression : Qr = On calcule la valeur du quotient de réaction à un instant t quelconque. En utilisant le tableau d'avancement, le volume de la solution valant on obtient : Qr = = La valeur du quotient de réaction calculée à un instant t dépend donc de l'avancement x de la réaction à cet instant. [...]

[...] La valeur du Quotient de réaction de réaction à l'équilibre Qr,eq caractérise donc l'équilibre chimique : AH(aq) + H2O= + H3O+(aq) indépendamment de la concentration de la solution Généralisation. La valeur du Quotient de réaction a l'équilibre, Qr,eq, d'une réaction limitée est indépendante de l'état initial du système chimique ( c'est-à- dire des quantités de matière initiales ou des concentrations initiales des espèces chimiques présentes en solution). C'est une véritable constante qui caractérise la réaction chimique étudiée. Qr,eq dépend uniquement de la température du système chimique à l'équilibre La constante d'équilibre. La constante d'équilibre K d'une réaction chimique limitée est égale au quotient de réaction à l'équilibre. [...]

[...] Le quotient de réaction Introduction. En étudiant les propriétés générales d'un système chimique (thermodynamique chimique), les chimistes Max Guldberg et Peter Waage ont déterminé en 1867 qu'une grandeur appelée Quotient de réaction était caractéristique de l'état d'un système chimique à un instant donné Définition du Quotient de réaction. 2.a. Exemple de la réaction en solution aqueuse entre l'ion iodure et l'ion péroxodisulfate S2O82-(aq). Il s'agit d'une réaction d'oxydoréduction mettant en jeu les couples rédox S2O82-(aq) / SO42-(aq) et I2 / I-(aq). [...]

[...] On considère une solution aqueuse dans laquelle on a l'équilibre chimique : CH3COOH(aq) + H2O = CH3COO-(aq) + H3O+(aq) On a alors la relation, l'équilibre chimique étant atteint: K1 = Qr,eq = = 1,8 10-5 à 25°C A partir du moment où cet équilibre chimique est établi, cette relation entre les différentes concentrations à l'équilibre restera identique quelques soient les concentrations initiales de ces espèces chimiques et indépendamment de la présence en solution d'autres espèces chimiques n'intervenant pas dans la réaction étudiée. Cette relation constitue une véritable loi chimique. [...]