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Spécialité Physique-Chimie Terminale

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Évolution spontanée : quotient de réaction et constante d’équilibre

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).

À propos de cette page
Trente-six questions de QCM en trois niveaux, chacune corrigée : définitions et règles d’écriture, puis calculs de taux d’avancement, de quotients, de constantes et d’états d’équilibre, enfin raisonnements sur le sens d’évolution, le catalyseur, la dilution et le choix d’une racine.

Les 36 questions du QCM en version texte

Pour réviser sans écran ou imprimer : chaque question avec ses propositions ; la bonne réponse et son explication se déplient.

Niveau facile ★ — 12 questions

  1. Le taux d’avancement final d’une transformation est défini par :

    • A. τ = xmax ÷ xf
    • B. τ = xmax − xf
    • C. τ = xf ÷ xmax
    • D. τ = xf × xmax
    Réponse

    C. τ = xf ÷ xmax — On compare l’avancement final à l’avancement maximal par leur quotient, compris entre 0 et 1.

  2. Une transformation est non totale lorsque :

    • A. son état final contient encore tous les réactifs
    • B. elle n’a pas eu le temps de se terminer
    • C. son réactif limitant a entièrement disparu
    • D. son taux d’avancement final est exactement égal à 1
    Réponse

    A. son état final contient encore tous les réactifs — Non totale : xf < xmax, aucun réactif n’a disparu ; la transformation est finie, ce n’est pas une question de durée.

  3. Dans un état d’équilibre chimique, à l’échelle microscopique :

    • A. toutes les réactions sont arrêtées dans le mélange
    • B. seule la réaction dans le sens direct se poursuit
    • C. la réaction inverse va plus vite que la réaction directe
    • D. les réactions directe et inverse continuent à la même vitesse
    Réponse

    D. les réactions directe et inverse continuent à la même vitesse — Modèle de l’équilibre dynamique : les deux réactions opposées se compensent, la composition ne change plus.

  4. Dans l’expression d’un quotient de réaction, un solide :

    • A. apparaît par sa masse en grammes
    • B. n’apparaît pas : il compte pour 1
    • C. apparaît par sa quantité de matière
    • D. apparaît au numérateur s’il est un produit
    Réponse

    B. n’apparaît pas : il compte pour 1 — Seules les espèces dissoutes figurent dans Qr ; les solides et l’eau solvant comptent pour 1.

  5. Le quotient de réaction Qr s’exprime :

    • A. en mol·L⁻¹
    • B. sans unité
    • C. en mol
    • D. en L·mol⁻¹
    Réponse

    B. sans unité — Chaque concentration est divisée par c° = 1 mol·L⁻¹ : Qr est un nombre sans unité.

  6. Pour une équation donnée, la constante d’équilibre K dépend :

    • A. des concentrations initiales
    • B. du volume de la solution
    • C. de la présence d’un catalyseur
    • D. de la température seulement
    Réponse

    D. de la température seulement — K est fixée par l’équation et la température ; ni l’état initial, ni le volume, ni un catalyseur ne la changent.

  7. Un système vérifie Qr,i < K. Spontanément, il évolue :

    • A. dans le sens direct de l’équation
    • B. dans le sens inverse de l’équation
    • C. dans aucun sens : il est à l’équilibre
    • D. dans un sens qui dépend de son volume
    Réponse

    A. dans le sens direct de l’équation — Qr doit augmenter pour atteindre K : les produits se forment, sens direct.

  8. Un système vérifie Qr,i = K. Alors :

    • A. il évolue dans le sens direct
    • B. il évolue dans le sens inverse
    • C. il est déjà à l’équilibre
    • D. sa constante K va augmenter
    Réponse

    C. il est déjà à l’équilibre — Qr a déjà la valeur d’équilibre : la composition ne change pas.

  9. Si l’on inverse l’écriture d’une équation de constante K, la nouvelle constante vaut :

    • A. − K
    • B. K²
    • C. K, sans changement
    • D. 1 ÷ K
    Réponse

    D. 1 ÷ K — Numérateur et dénominateur du quotient sont échangés : la constante devient son inverse.

  10. Pendant une évolution dans le sens direct, le quotient de réaction :

    • A. diminue jusqu’à atteindre la valeur K
    • B. augmente jusqu’à atteindre la valeur K
    • C. garde sa valeur initiale jusqu’à la fin
    • D. augmente sans limite tant qu’on attend
    Réponse

    B. augmente jusqu’à atteindre la valeur K — Les produits se forment et les réactifs disparaissent : Qr croît, et s’arrête à K à l’équilibre.

  11. Pour 2 A(aq) = B(aq), le quotient de réaction s’écrit (c° sous-entendue) :

    • A. [B] ÷ (2 × [A])
    • B. [A]² ÷ [B]
    • C. [B] ÷ [A]²
    • D. 2 × [B] ÷ [A]
    Réponse

    C. [B] ÷ [A]² — Produit au numérateur, réactif au dénominateur, nombre stœchiométrique 2 en exposant.

  12. Pour montrer qu’un réactif est encore présent dans un état final, on peut :

    • A. ajouter un peu d’un des réactifs et voir si la transformation repart
    • B. attendre encore pour que la transformation se termine
    • C. chauffer le mélange pour accélérer la transformation
    • D. ajouter un catalyseur et regarder si le mélange change
    Réponse

    A. ajouter un peu d’un des réactifs et voir si la transformation repart — Si un nouvel ajout d’un réactif fait repartir la transformation, c’est que l’autre réactif n’avait pas disparu.

Niveau moyen ★★ — 12 questions

  1. xf = 1,2 × 10⁻³ mol et xmax = 4,0 × 10⁻³ mol. Le taux d’avancement final vaut :

    • A. 3,3
    • B. 0,30
    • C. 0,70
    • D. 0,030
    Réponse

    B. 0,30 — τ = 1,2 × 10⁻³ ÷ (4,0 × 10⁻³) = 0,30, soit 30 %.

  2. Pour A(aq) + B(aq) = C(aq), [A] = 0,20, [B] = 0,050 et [C] = 0,030 mol·L⁻¹. Qr vaut :

    • A. 0,33
    • B. 0,30
    • C. 0,0030
    • D. 3,0
    Réponse

    D. 3,0 — Qr = [C] ÷ ([A] × [B]) = 0,030 ÷ 0,010 = 3,0.

  3. Pour 2 A(aq) = B(aq), [A] = 0,10 et [B] = 0,050 mol·L⁻¹. Qr vaut :

    • A. 5,0
    • B. 0,25
    • C. 0,50
    • D. 2,5
    Réponse

    A. 5,0 — Qr = [B] ÷ [A]² = 0,050 ÷ 0,010 = 5,0 ; diviser par 2 × [A] donnerait 0,25.

  4. Une équation a pour constante K = 4,0 × 10². Si l’on divise tous ses nombres stœchiométriques par 2, la constante devient :

    • A. 2,0 × 10²
    • B. 1,6 × 10⁵
    • C. 20
    • D. 5,0 × 10⁻³
    Réponse

    C. 20 — Chaque exposant est divisé par 2 : la constante devient √K = √400 = 20.

  5. Pour A(aq) = C(aq), on part de [A]₀ = 0,20 et [C]₀ = 0,050 mol·L⁻¹. À l’équilibre, [C] = 0,13 mol·L⁻¹. τ vaut :

    • A. 0,40
    • B. 0,65
    • C. 0,32
    • D. 0,52
    Réponse

    A. 0,40 — Il s’est formé 0,13 − 0,050 = 0,080 mol·L⁻¹ de C ; si A disparaissait, ymax = 0,20 mol·L⁻¹ : τ = 0,080 ÷ 0,20 = 0,40. Diviser 0,13 par 0,20 oublie le C présent au départ.

  6. Pour A + B = C + D (espèces dissoutes), K = 2,0. Un mélange contient [A] = [B] = 0,10 et [C] = [D] = 0,20 mol·L⁻¹. Il évolue :

    • A. dans le sens direct, car Qr,i = 4,0
    • B. dans le sens direct, car Qr,i = 0,25
    • C. dans le sens inverse, car Qr,i = 4,0
    • D. dans aucun sens, car Qr,i = 2,0
    Réponse

    C. dans le sens inverse, car Qr,i = 4,0 — Qr,i = (0,20 × 0,20) ÷ (0,10 × 0,10) = 4,0 > K : sens inverse.

  7. On mélange 10,0 mL d’une solution d’ions calcium à 3,0 × 10⁻² mol·L⁻¹ et 20,0 mL d’une autre solution. Juste après le mélange, [Ca²⁺] vaut :

    • A. 3,0 × 10⁻² mol·L⁻¹
    • B. 1,5 × 10⁻² mol·L⁻¹
    • C. 2,0 × 10⁻² mol·L⁻¹
    • D. 1,0 × 10⁻² mol·L⁻¹
    Réponse

    D. 1,0 × 10⁻² mol·L⁻¹ — Le volume passe de 10,0 à 30,0 mL : [Ca²⁺] = 3,0 × 10⁻² × 10,0 ÷ 30,0 = 1,0 × 10⁻² mol·L⁻¹.

  8. Pour MX(s) = M⁺(aq) + X⁻(aq), K = 1,0 × 10⁻⁸. Un mélange sans solide a [M⁺] = [X⁻] = 2,0 × 10⁻⁵ mol·L⁻¹. On observe :

    • A. un précipité, car Qr,i est supérieur à K
    • B. aucun précipité, car Qr,i est inférieur à K
    • C. un précipité, car K est très petite
    • D. la dissolution du solide, car Qr,i est inférieur à K
    Réponse

    B. aucun précipité, car Qr,i est inférieur à K — Qr,i = (2,0 × 10⁻⁵)² = 4,0 × 10⁻¹⁰ < K : pas de précipité ; et sans solide, rien ne peut se dissoudre.

  9. Pour A(aq) = B(aq), K = 9,0. On part de [A]₀ = 0,10 mol·L⁻¹, sans B. À l’équilibre, [B] vaut :

    • A. 0,010 mol·L⁻¹
    • B. 0,10 mol·L⁻¹
    • C. 0,090 mol·L⁻¹
    • D. 0,081 mol·L⁻¹
    Réponse

    C. 0,090 mol·L⁻¹ — y ÷ (0,10 − y) = 9,0, donc 10 y = 0,90 et y = 0,090 mol·L⁻¹.

  10. Pour M(s) + X²⁺(aq) = M²⁺(aq) + X(s), K = 1,5. On part de [X²⁺]₀ = 0,20 mol·L⁻¹, sans M²⁺, M étant en excès. τ vaut :

    • A. 0,60
    • B. 0,40
    • C. 0,75
    • D. 1,0
    Réponse

    A. 0,60 — y ÷ (0,20 − y) = 1,5, donc 2,5 y = 0,30 et y = 0,12 mol·L⁻¹ ; τ = 0,12 ÷ 0,20 = 0,60.

  11. L’équation 3,0 y² − 1,0 y + 0,050 = 0 traduit un équilibre où ymax = 0,10 mol·L⁻¹. La valeur de y à l’équilibre est environ :

    • A. 0,27 mol·L⁻¹
    • B. 0,061 mol·L⁻¹
    • C. 0,10 mol·L⁻¹
    • D. 0,33 mol·L⁻¹
    Réponse

    B. 0,061 mol·L⁻¹ — Δ = 1,0 − 0,60 = 0,40 ; racines (1,0 ± 0,632) ÷ 6,0, soit 0,061 et 0,27 ; seule 0,061 est inférieure à ymax.

  12. A(aq) = B(aq) a pour constante K₁ = 2,0 × 10³ et C(aq) = B(aq) a pour constante K₂ = 5,0 × 10⁻². La constante de A(aq) = C(aq) vaut :

    • A. 1,0 × 10²
    • B. 2,5 × 10⁻⁵
    • C. 2,0 × 10³
    • D. 4,0 × 10⁴
    Réponse

    D. 4,0 × 10⁴ — A = C s’obtient avec A = B suivie de B = C, l’inverse de la seconde équation (constante 1 ÷ K₂) : K = K₁ ÷ K₂ = 2,0 × 10³ ÷ (5,0 × 10⁻²) = 4,0 × 10⁴. Le produit K₁ × K₂ = 1,0 × 10² oublie d’inverser C = B.

Niveau difficile ★★★ — 12 questions

  1. Une réaction a pour constante K = 1,0 × 10³⁰. Un élève affirme qu’elle évolue toujours dans le sens direct :

    • A. vrai : une telle constante impose le sens direct
    • B. vrai, sauf si l’on ajoute un catalyseur au mélange
    • C. faux : elle ne peut évoluer que dans le sens inverse
    • D. faux : si Qr,i > K, elle évolue dans le sens inverse
    Réponse

    D. faux : si Qr,i > K, elle évolue dans le sens inverse — Le sens d’évolution vient de la comparaison de Qr,i à K, jamais de la seule valeur de K.

  2. Une réaction a pour constante K = 1,0 × 10⁻⁶. On mélange ses réactifs, sans aucun produit :

    • A. rien ne se passe : la constante est trop petite
    • B. le système évolue un peu dans le sens direct
    • C. le système évolue dans le sens inverse
    • D. la transformation est totale, Qr,i étant nul
    Réponse

    B. le système évolue un peu dans le sens direct — Qr,i = 0 < K : sens direct, mais la constante très petite annonce une transformation très peu avancée.

  3. On ajoute un catalyseur à un système déjà à l’équilibre :

    • A. le système évolue dans le sens direct, plus vite qu’avant
    • B. la constante K augmente aussitôt
    • C. rien ne change : K et la composition restent les mêmes
    • D. le système évolue dans le sens inverse
    Réponse

    C. rien ne change : K et la composition restent les mêmes — Un catalyseur accélère les deux réactions opposées de la même façon : l’équilibre ne bouge pas.

  4. Dans une solution saturée en contact avec un solide ionique, on ajoute encore un peu de ce solide :

    • A. la composition de la solution ne change pas
    • B. le solide ajouté se dissout entièrement dans la solution
    • C. un nouveau précipité se forme aussitôt
    • D. la constante d’équilibre augmente un peu
    Réponse

    A. la composition de la solution ne change pas — Le solide ne figure pas dans Qr : Qr reste égal à K, rien n’évolue.

  5. On dilue dix fois un système à l’équilibre A(aq) + B(aq) = C(aq) :

    • A. Qr est divisé par 10 et le système évolue dans le sens direct
    • B. Qr ne change pas et il reste à l’équilibre
    • C. Qr est multiplié par 10 et il évolue dans le sens inverse
    • D. K est multipliée par 10 et il reste à l’équilibre
    Réponse

    C. Qr est multiplié par 10 et il évolue dans le sens inverse — Qr = [C] ÷ ([A] × [B]) : numérateur divisé par 10, dénominateur par 100, donc Qr × 10 > K.

  6. Un état final où Qr,f < K est possible :

    • A. si un réactif solide a entièrement disparu
    • B. si l’on attend suffisamment longtemps après le mélange
    • C. si la constante K est très grande
    • D. si le système est à l’équilibre
    Réponse

    A. si un réactif solide a entièrement disparu — L’évolution s’arrête faute de réactif avant que Qr atteigne K : la transformation est totale, sans équilibre.

  7. Deux mélanges différents des mêmes espèces atteignent l’équilibre à la même température. Ils ont :

    • A. le même τ et le même Qr,éq
    • B. le même Qr,éq, mais pas forcément le même τ
    • C. le même τ, mais pas le même Qr,éq
    • D. des Qr,éq et des τ tous différents
    Réponse

    B. le même Qr,éq, mais pas forcément le même τ — Qr,éq = K ne dépend pas de l’état initial ; τ, lui, dépend des quantités introduites.

  8. Résoudre Qr(y) = K donne les racines 0,040 et 0,26 mol·L⁻¹, avec ymax = 0,10 mol·L⁻¹. On garde :

    • A. 0,26, car c’est la plus grande des deux racines
    • B. la moyenne des deux racines, 0,15 mol·L⁻¹
    • C. 0,040, car on garde toujours la plus petite racine
    • D. 0,040, car 0,26 rendrait une concentration négative
    Réponse

    D. 0,040, car 0,26 rendrait une concentration négative — Toutes les concentrations doivent rester positives : y < ymax. La règle « la plus petite » n’est pas générale (sens inverse).

  9. Dans un programme de balayage, la boucle « tant que Qr((k + 1) × dy) < K » s’arrête :

    • A. au premier pas où Qr atteindrait ou dépasserait K
    • B. quand Qr devient nul au cours du calcul
    • C. quand y atteint la valeur de ymax
    • D. après un nombre de pas fixé à l’avance
    Réponse

    A. au premier pas où Qr atteindrait ou dépasserait K — k × dy est alors la dernière valeur pour laquelle Qr < K : une valeur approchée par défaut de y à l’équilibre.

  10. Pour A + B = C (dissous), un élève calcule Qr,i avec les concentrations des deux solutions avant leur mélange à volumes égaux. Son Qr,i est :

    • A. deux fois trop grand
    • B. exact, les volumes étant égaux
    • C. quatre fois trop petit
    • D. deux fois trop petit
    Réponse

    D. deux fois trop petit — Après mélange, chaque concentration est divisée par 2 : le vrai Qr,i vaut (C ÷ 2) ÷ ((A ÷ 2)(B ÷ 2)) = 2 C ÷ (A × B).

  11. Une solution saturée d’un solide ionique MX est en contact avec ce solide. On ajoute un peu d’eau ; il reste du solide. Au nouvel équilibre, la concentration des ions M⁺ :

    • A. reste plus petite, la solution ayant été diluée
    • B. redevient égale à sa valeur d’avant l’ajout
    • C. devient plus grande, du solide s’étant dissous
    • D. dépend de la masse de solide restée au fond
    Réponse

    B. redevient égale à sa valeur d’avant l’ajout — L’eau ajoutée fait baisser Qr sous K : du solide se dissout jusqu’à Qr = [M⁺] × [X⁻] = K. Avec [M⁺] = [X⁻], les concentrations reprennent leurs valeurs, seule la quantité dissoute augmente.

  12. La constante de formation de l’ion triiodure diminue quand la température augmente. On chauffe une solution à l’équilibre :

    • A. Qr devient inférieur à K : de l’ion triiodure se forme
    • B. rien ne change, puisque Qr reste égal à K
    • C. Qr devient supérieur à K : une partie de l’ion triiodure se dissocie
    • D. K augmente et il se forme de l’ion triiodure
    Réponse

    C. Qr devient supérieur à K : une partie de l’ion triiodure se dissocie — Les concentrations ne changent pas au premier instant, mais K diminue : Qr > K, sens inverse.

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