Etat d'équilibre d'un système chimique

1.Quotient de réaction

1.1.Définition

Soit la réaction chimique générale entre des espèces chimiques, en solution aqueuse:

aA(aq) + b B(aq)  ⇄ cC(aq)  + d D(aq)

On appelle quotient de réaction Qr associé à cette réaction,l'expression:

1.2.cas de réaction entre espèces dissoutes

a. Réacton de l'acide éthanoique CH3COOH sur l'ammoniac NH3

Equation de la réaction:

 CH3COOH(aq) + NH3(aq) ⇄ CH3COO⁻(aq)  + NH4⁺(aq)

Expression littérale du quotient de réaction:

b. réaction des ions iodure I⁻ sur les ions FeIII  Fe³⁺

Equation de la réaction:

2I⁻(aq) + 2 Fe³⁺(aq) ⇄ I2(aq) + 2 Fe²⁺(aq)

Expression littérale du quotient de réaction:

1.3.Cas de réactions où le solvant est impliqué

a. réaction de l'acide méthanoique HCOOH sur l'eau

Equation de la réaction:

HCOOH(aq) + H2O(aq) ⇄  HCOO⁻(aq) + H3O⁺(aq)

Expression littérale du quotient de réaction: L'eau joue le role de solvant n'intervient pas.
seules les espèces dissoutes sont tenues en compte dans l'expression de Qr

b. réaction de l'ammoniac NH3 sur l'eau

Equation de la réaction:

NH3(aq) +H2O(aq) ⇄ NH4⁺(aq) + HO⁻(aq)

Expression littérale du quotient de réaction: L'eau joue le role de solvant n'intervient pas.
seules les espèces dissoutes sont tenues en compte dans l'expression de Qr

1.4.Cas de réactions où un solide est impliqué

Equilibre entre une forme soloide et les ions dissous

Exemple1: iodure de plomb solide PbI2(s) en contact avec les ions en solution

Equation de l'équilibre chimique: PbI2(s) ⇄ Pb²⁺(aq) + 2 I⁻(aq)

Le quotient de réaction correspondant est: 

Remarque: Valeurs particulières de Qr

Lorsque Qr=0, l'un des rproduits de la réaction est nul.l'un des produits de la réaction au moins n'estt pas présent.

Lorsque Qr=∞, l'un des réactifs au moins n'est plus présent ( races).Donc le réactif limitant est complétement consommé.Il s'agit d'une réaction totale.

Lorsque la réaction évolue spontanément dans le sens direct,( de gauche à droite),.Il y a consommation des réactifs et augmentation de la quantité des produits. Qr augmente

2.Constante d'équilibre

2.1.activité.1: détérmination expérimentale d'un quotient
 de réaction à l'équilibre par conductimétrie

La mesure, à 25°c, de la conductivité d’une solution d’acide éthanoïque CH₃COOH

 de concentration  C=5,0.10^-2 mol. l^-1 donne σ= 343 μS.cm^-1

On donne : λ _{CH3 COO}⁻ = 4,09 mS.m² .mol ⁻¹ 

                   λ _{H3 O}⁺ = 35,0 mS.m² .mol ⁻¹

1       1. Ecrire l’équation chimique de la réaction de l’acide éthanoïque avec l’eau.

         2.  Dresser un tableau d’avancement.

         3.Citer les espèces chimiques présentes dans la solution et donner leurs 

          concentrations molaires en fonction de C, V et x_eq.

        4.Exprimer σ en fonction des concentrations molaires des ions présents   et 

           déterminer leurs conductivités molaires ioniques.

 

     7.  Calculer le taux d’avancement final.

Solution

1. RCOOH_(aq) +H₂O  ⇄ RCOO^–_(aq)  +  H₃O⁺_(aq)

2.  

_3.Les espèces chimiques présentes dans la solution sont :

Les ions éthanoate CH₃COO⁻_(aq) , les ions oxonium 

H₃O⁺_(aq) et les molécules acide éthanoique  CH₃COOH_(aq)    

_4.  

5.

          

2.2.Activité.2: Qr,éq selon l'état initial du système

On mesure la conductivité de deux solutions d'acide éthanoïque CH3COOH

de concentrations apportées C1 et C2

2.3.Constante d'équilibre

définition:  La constante d'équilibre K, associée à l'équilibre d'une réaction

 est son quotient de réaction à l'équilibre: K=Qr,éq

K est indépendante de l'état initial du système.Elle dépend uniqueement de la température

3.Taux d'avancement final

3.1.Influence de la constante d'équilibre sur le taux d'avancement final

3.2.Influence des conditions initiales sur le taux

 d'avancement final

Le taux d'avancement final d'une réaction dépend de l'état initial du système.

Le taux de réaction final de la réaction  d'un acide sur l'eau est d'autant plus grand 

que sa concentration est plus petite.