Ressources · Terminale · Spécialité Physique-Chimie

Fiche de révision : les équilibres chimiques

Transformation non totale, taux d’avancement final et état d’équilibre dynamique ; quotient de réaction Qr ; constante d’équilibre K(T) ; critère d’évolution spontanée appliqué aux réactions d’oxydo-réduction, acide-base et de précipitation ; calcul de l’état final (second degré, Python).

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Évolution spontanée : quotient de réaction et constante d’équilibre

Fiche méthode

(Physique-chimie Tle spécialité · Constitution et transformations de la matière · Prévoir l’état final d’un système, siège d’une transformation chimique)

La démarche pour prévoir l’évolution d’un système

1. J’écris l’équation et je repère les espèces du quotient : ni solides, ni eau solvant.

2. J’exprime Q_r : produits en haut, réactifs en bas, nombres stœchiométriques en exposants.

3. Je calcule Q_r,i avec les concentrations initiales, recalculées dans le volume total après un mélange.

4. Je compare à K et je conclus sur le sens d’évolution.

5. Je calcule l’état final si on le demande : Q_r(y) = K, racine possible, τ.

Le réflexe — Le sens d’évolution ne se lit jamais sur K seule : il vient de la comparaison de Q_r,i à K.

Cas 1 · Calculer un taux d’avancement final

Réflexe — x_max comme si c’était total, x_f par une mesure, τ = x_f ÷ x_max.

Exemple. A + B = C + D dans 0,500 L : 4,0 mmol de A et 6,0 mmol de B. À l’état final, [C] = 6,4 mmol·L⁻¹.

x_max = 4,0 mmol (A limitant) ; x_f = 6,4 × 0,500 = 3,2 mmol.

τ = 3,2 ÷ 4,0 = 0,80 : non totale, A et B restent présents.

Attention — τ < 1 : transformation terminée mais non totale, ce n’est pas un manque de temps.

Cas 2 · Écrire un quotient de réaction

Réflexe — je barre solides et eau solvant ; exposants = nombres stœchiométriques.

Exemple. 2 Al(s) + 3 Cu²⁺(aq) = 2 Al³⁺(aq) + 3 Cu(s).

Les deux métaux comptent pour 1 :

$Q_{r} = \frac{[A l^{3 +}]^{2} \times c^{\circ}}{[C u^{2 +}]^{3}}$

Attention — exposant, jamais facteur : [Cu²⁺]³ et non 3 [Cu²⁺].

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Cas 3 · Changer l’écriture d’une constante

Réflexe — inversée : 1 ÷ K ; multipliée par n : Kⁿ ; additionnées : produit.

Exemple. A(aq) + 2 B(aq) = C(aq) a pour constante K = 5,0 × 10³ à 25 °C.

C = A + 2 B : K′ = 1 ÷ (5,0 × 10³) = 2,0 × 10⁻⁴.

2 A + 4 B = 2 C : K″ = (5,0 × 10³)² = 2,5 × 10⁷.

Attention — K ne change ni avec la composition initiale ni avec un catalyseur, seulement avec T.

Cas 4 · Prévoir le sens d’évolution

Réflexe — Q_r,i < K : direct ; Q_r,i > K : inverse ; égal : équilibre.

Exemple. A + B = C + D, K = 0,50. On mélange 20,0 mL de A à 0,30 mol·L⁻¹ et 10,0 mL d’un mélange de B, C et D, chacun à 0,30 mol·L⁻¹.

Dans 30,0 mL : [A]₀ = 0,20 ; [B]₀ = [C]₀ = [D]₀ = 0,10 mol·L⁻¹.

Q_r,i = (0,10 × 0,10) ÷ (0,20 × 0,10) = 0,50 = K : équilibre, pas d’évolution.

Attention — oublier la dilution du mélange change Q_r,i et peut changer la conclusion.

Cas 5 · Calculer l’état d’équilibre

Réflexe — tableau en y, Q_r(y) = K, racine entre 0 et y_max.

Exemple. A(aq) = B(aq), K = 0,25 ; [A]₀ = 5,0 × 10⁻² mol·L⁻¹, pas de B.

y ÷ (0,050 − y) = 0,25, donc 1,25 y = 0,0125 et y = 0,010 mol·L⁻¹.

τ = 0,010 ÷ 0,050 = 0,20 : petite constante, transformation peu avancée.

Attention — si un solide disparaît avant que Q_r atteigne K, la transformation est totale.

Les pièges

Faire figurer un solide ou l’eau solvant dans Q_r.
Écrire un nombre stœchiométrique en facteur au lieu d’un exposant.
Calculer Q_r,i avec les concentrations des solutions avant mélange.
Conclure au sens direct parce que K est grande, sans calculer Q_r,i.
Garder la racine du second degré qui rend une concentration négative.

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À propos de cette page

La fiche méthode tient en deux pages : une démarche en cinq étapes pour prévoir l’évolution d’un système, puis un exemple corrigé par cas — taux d’avancement, quotient d’une réaction avec deux métaux, constante d’une équation inversée ou doublée, sens d’évolution après un mélange, état d’équilibre d’une isomérisation — et cinq pièges à éviter.

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