Constante d'équilibre : Nombre caractéristique d'une réaction chimique à une température donnée. \(K = \frac{[C]^c[D]^d}{[A]^a[B]^b}\) où [X] sont les concentrations à l'équilibre.
- Écrire l'équation de la réaction
- Identifier les coefficients stœchiométriques
- Relever les concentrations à l'équilibre
- Appliquer la formule de la constante d'équilibre
- Effectuer le calcul numérique
\(H_2 + I_2 \rightleftharpoons 2HI\)
H₂ : coefficient 1, I₂ : coefficient 1, HI : coefficient 2
\(K = \frac{[HI]^2}{[H_2][I_2]}\)
\(K = \frac{(0.6)^2}{(0.1)(0.1)} = \frac{0.36}{0.01} = 36\)
La constante d'équilibre de la réaction H₂ + I₂ ⇌ 2HI est K = 36 à la température considérée.
• Stœchiométrie : Les coefficients deviennent des exposants dans l'expression de K
• Concentrations : On utilise les concentrations à l'équilibre
• Constante : K ne dépend que de la température
Quotient de réaction : Rapport des concentrations instantanées élevé aux coefficients stœchiométriques. \(Q_r = \frac{[C]^c[D]^d}{[A]^a[B]^b}\)
N₂ : 1, H₂ : 3, NH₃ : 2
\(Q_r = \frac{[NH_3]^2}{[N_2][H_2]^3}\)
\(Q_r = \frac{(0.1)^2}{(0.2)(0.3)^3}\)
\(Q_r = \frac{0.01}{(0.2)(0.027)} = \frac{0.01}{0.0054} = 1.85\)
Le quotient de réaction à cet instant est Q_r = 1.85.
• Instantanéité : Q_r dépend des concentrations à un instant t
• Forme : Même expression que K mais avec concentrations instantanées
• Comparaison : Comparer Q_r à K pour prévoir l'évolution
Critère d'évolution spontanée : Le système évolue spontanément dans le sens qui fait tendre Q_r vers K.
Q_r = 1.85 et K = 50
Donc Q_r < K
Le système évolue dans le sens qui augmente Q_r
Cela signifie formation de produits (sens direct)
\(N_2 + 3H_2 \rightarrow 2NH_3\)
Les réactifs (N₂ et H₂) sont consommés pour former des produits (NH₃)
Le système évolue dans le sens direct (→) pour atteindre l'équilibre, car Q_r < K.
• Comparaison : Si Q_r < K → sens direct, si Q_r > K → sens indirect
• Évolution spontanée : Le système tend toujours vers l'équilibre
• Direction : Le sens est déterminé par la nécessité d'égaliser Q_r et K
Effet de la température : La constante d'équilibre dépend de la température selon la loi de Van't Hoff. Pour une réaction exothermique, K diminue avec la température.
La synthèse de l'ammoniac est exothermique (ΔH° < 0)
Une augmentation de température favorise la réaction endothermique
Ici, la réaction inverse est endothermique
À T₂ > T₁, l'équilibre est déplacé vers la gauche
Donc [produits] diminue et [réactifs] augmente
Par conséquent, K diminue
Pour une réaction exothermique, K diminue avec la température
Pour la synthèse de l'ammoniac (réaction exothermique), la constante d'équilibre diminue lorsque la température augmente.
• Réaction exothermique : ΔH° < 0, libère de la chaleur
• Effet thermique : Une augmentation de température déplace l'équilibre dans le sens endothermique
• Constante d'équilibre : Pour une réaction exothermique, K diminue avec la température
Principe de Le Chatelier : Lorsqu'on perturbe un système à l'équilibre, celui-ci évolue dans le sens qui s'oppose à la perturbation.
On ajoute du SO₂, un réactif
Le système va évoluer pour consommer le SO₂ ajouté
Cela signifie une évolution dans le sens direct
Le sens direct : 2SO₂ + O₂ → 2SO₃
Donc [SO₃] augmente et [O₂] diminue
Le nouvel équilibre aura plus de SO₃ et moins de O₂ que l'équilibre initial
Lorsqu'on ajoute du SO₂, le système évolue dans le sens direct pour former plus de SO₃ et consommer le réactif en excès.
• Principe de Le Chatelier : Opposition à la perturbation
• Ajout de réactif : Favorise la formation de produits
• Retrait de produit : Favorise la formation de produits
• Ajout de produit : Favorise la formation de réactifs
- Équation bilan : Écrire et équilibrer la réaction
- Identifier les espèces : Déterminer celles qui apparaissent dans K
- Exprimer K ou Q_r : Appliquer la loi d'action de masse
- Calculer : Substituer les valeurs numériques
- Interpréter : Comparer Q_r à K pour le sens d'évolution
- Appliquer Le Chatelier : Analyser les effets de perturbations
- Loi d'action de masse : \(K = \prod [X_i]^{\nu_i}\) avec ν coefficients stœchiométriques
- Critère d'évolution spontanée : Si Q_r ≠ K, le système évolue vers l'équilibre
- Principe de Le Chatelier : Opposition aux perturbations
- Effet de la température : Pour ΔH° < 0, K diminue avec T
- Effet de la pression : Favorise le côté avec moins de gaz
