Équilibre chimique et évolution spontanée en Terminale
Cours complet, points clés à retenir et exercices d'entraînement de équilibre chimique et évolution spontanée pour les élèves de Terminale. Conforme au programme officiel.
Réviser notion par notion
Ce que tu vas réviser
- État d'équilibre chimique, équilibre dynamique
- Quotient de réaction Qr et constante d'équilibre K(T)
- Critère d'évolution spontanée
- Transformation totale vs non totale
État d'équilibre chimique
Un système chimique est en équilibre quand les concentrations des réactifs et produits restent constantes au cours du temps. Cela ne signifie pas que la réaction s'arrête, mais que les vitesses de réaction directe et inverse sont égales.
Exemple
Dans une bouteille d'eau gazeuse fermée, le CO2 dissous et le CO2 gazeux au-dessus du liquide atteignent un équilibre : autant de molécules se dissolvent que de molécules s'échappent chaque seconde.
À retenir : À l'équilibre, les concentrations sont stables mais les réactions directe et inverse continuent à la même vitesse.
Équilibre dynamique et réversibilité
L'équilibre dynamique signifie que la réaction chimique est réversible : elle peut se faire dans les deux sens simultanément. Les deux réactions (directe et inverse) se produisent en permanence, mais leurs effets s'annulent.
Exemple
Quand vous mélangez du permanganate de potassium dans l'eau, la couleur violette se dilue progressivement. À l'équilibre, des molécules colorées se forment et se décomposent au même rythme, la teinte reste stable.
À retenir : L'équilibre dynamique = deux réactions opposées qui se compensent exactement.
Quotient de réaction Qr
Le quotient de réaction Qr est une grandeur qui mesure l'état actuel du système chimique. Il se calcule comme la constante d'équilibre K, mais avec les concentrations à un instant t quelconque, pas nécessairement à l'équilibre.
Exemple
Vous versez du vinaigre dans du bicarbonate : au moment où vous les mélangez, Qr est très différent de K. Au fur et à mesure que la réaction progresse, Qr se rapproche de K jusqu'à l'égaler.
À retenir : Qr = $\frac{[\text{produits}]}{[\text{réactifs}]}$ avec les concentrations actuelles du système.
Constante d'équilibre K(T)
La constante d'équilibre K est une valeur fixe pour une réaction donnée à une température donnée. Elle caractérise la position de l'équilibre : elle ne dépend que de la température, jamais des concentrations initiales.
Exemple
Pour la réaction entre le diiode et l'hydrogène, K à 500°C vaut environ 50. Cette valeur reste la même peu importe les quantités initiales de réactifs que vous mélangez.
À retenir : K = $\frac{[\text{produits}]^{\text{coeff}}}{[\text{réactifs}]^{\text{coeff}}}$ à l'équilibre, et K dépend uniquement de la température.
Critère d'évolution spontanée
Pour savoir dans quel sens une réaction va évoluer spontanément, on compare Qr et K. Si Qr < K, la réaction avance ; si Qr > K, la réaction recule ; si Qr = K, le système est à l'équilibre.
Exemple
Vous mélangez des réactifs : au départ Qr est petit. La réaction avance pour produire plus de produits jusqu'à ce que Qr atteigne K. Ensuite, le système reste stable.
À retenir : Qr < K → réaction avance | Qr > K → réaction recule | Qr = K → équilibre atteint.
Transformation totale vs non totale
Une transformation est totale quand l'un des réactifs est entièrement consommé (K très grand). Une transformation est non totale quand l'équilibre s'établit avec des réactifs et des produits présents simultanément (K modéré).
Exemple
La combustion du bois est quasi totale : le bois brûle presque complètement. Mais la dissolution du sucre dans l'eau est non totale : même à saturation, il reste du sucre solide en équilibre avec le sucre dissous.
À retenir : K très grand → transformation totale | K modéré → transformation non totale avec équilibre.
Les points clés
- L'équilibre chimique est dynamique : les réactions directe et inverse continuent mais à vitesses égales.
- Qr compare l'état actuel du système à l'équilibre ; on l'utilise pour prédire l'évolution spontanée.
- La constante K dépend uniquement de la température et caractérise la position finale de l'équilibre.
- Le critère Qr vs K détermine le sens d'évolution : Qr < K signifie que la réaction avance.
- Une transformation totale consomme presque tout un réactif (K grand) ; une transformation non totale laisse réactifs et produits coexister.
L'essentiel
Pour prévoir l'évolution spontanée d'une réaction, comparez Qr et K : si Qr < K, la réaction avance jusqu'à l'équilibre où Qr = K.
Exercices d'entraînement
Entraîne-toi sur ces exercices, puis fais-toi corriger pas à pas par le tuteur.
Exercice 1
Comparez une transformation totale et une transformation chimique à l'équilibre. Quelles sont leurs caractéristiques principales ?
Corrige cet exercice avec le tuteur →Exercice 2
Pour la réaction N₂O₄ ⇌ 2NO₂, calculer le Qr si [N₂O₄] = 0,2 mol/L et [NO₂] = 0,5 mol/L.
Corrige cet exercice avec le tuteur →