L'essentiel
- Une transformation est totale si xf = xmax, non totale si xf < xmax ; on l'écrit alors avec la double flèche ⇌.
- Le taux d'avancement final τ = xf / xmax est sans unité et compris entre 0 et 1.
- L'état d'équilibre est dynamique : les réactions dans les sens direct et inverse ont lieu à la même vitesse, les concentrations restent constantes.
- Le quotient de réaction Qᵣ s'écrit avec les produits au numérateur, les réactifs au dénominateur, chaque concentration (divisée par c° = 1 mol·L⁻¹) élevée à la puissance de son nombre stœchiométrique.
- Le solvant eau et les solides ne figurent pas dans Qᵣ.
- À l'équilibre, Qᵣ,éq = K, la constante d'équilibre, qui ne dépend que de la température.
- Si Qᵣ,i < K, le système évolue dans le sens direct ; si Qᵣ,i > K, dans le sens inverse ; si Qᵣ,i = K, il est à l'équilibre.
- Le critère d'évolution renseigne sur le sens, jamais sur la vitesse.
- Un catalyseur ne modifie ni K ni τ : il réduit seulement la durée d'atteinte de l'équilibre.
- Ajouter un réactif ou retirer un produit fait évoluer un équilibre dans le sens direct ; ajouter un produit le fait évoluer dans le sens inverse.
- Le taux d'avancement dépend de K mais aussi de l'état initial : diluer un acide faible ou mettre un réactif en excès augmente τ.
- Le produit de solubilité Kₛ est la constante de l'équilibre entre un solide ionique et ses ions en solution saturée.
- La solubilité s est la quantité maximale de solide dissoute par litre ; pour AgCl, Kₛ = s², pour PbI₂ ou CaF₂, Kₛ = 4s³.
- Un précipité se forme si, après mélange, Qᵣ de la dissolution dépasse Kₛ.
- Un ion commun déjà présent diminue la solubilité d'un solide.
Formules et définitions à connaître
| Grandeur | Formule | Unité | Condition |
|---|---|---|---|
| Taux d'avancement final | τ = xf / xmax | sans unité | xmax calculé avec le réactif limitant |
| Quotient de réaction | Qᵣ = ([C]ᶜ × [D]ᵈ) / ([A]ᵃ × [B]ᵇ) | sans unité | sans solvant ni solide |
| Équilibre | Qᵣ,éq = K(T) | sans unité | K ne dépend que de T |
| Acide faible | Kₐ = [A⁻][H₃O⁺] / [HA], pKₐ = -log Kₐ | sans unité | réaction de l'acide avec l'eau |
| Produit ionique de l'eau | Kₑ = [H₃O⁺][HO⁻] = 1,0 × 10⁻¹⁴ | sans unité | à 25 °C |
| Solide AB | Kₛ = s² | s en mol·L⁻¹ | eau pure |
| Solide AB₂ ou A₂B | Kₛ = 4s³ | s en mol·L⁻¹ | eau pure |
| Loi de Kohlrausch | σ = Σ λᵢ[Xᵢ] | S·m⁻¹ | solution diluée, [Xᵢ] en mol·m⁻³ |
Pièges à éviter
- Écrire l'eau solvant ou un solide dans Qᵣ.
- Oublier de recalculer les concentrations avec le volume total après un mélange.
- Écrire Kₛ = s² pour un solide de type AB₂ : c'est 4s³.
- Comparer les solubilités de deux solides de types différents par leurs seuls Kₛ.
- Croire qu'un K grand impose τ = 1 ou qu'un catalyseur augmente τ.
- Garder une racine d'équation qui donne un avancement négatif ou supérieur à xmax.
Je me teste
1. Que vaut τ si xf = xmax ? → τ = 1, la transformation est totale.
2. De quoi dépend K ? → Uniquement de la température, pour une équation donnée.
3. Qᵣ,i = 0,5 et K = 20 : sens d'évolution ? → Sens direct.
4. Expression de Qᵣ pour Zn(s) + Cu²⁺(aq) ⇌ Zn²⁺(aq) + Cu(s) ? → Qᵣ = [Zn²⁺] / [Cu²⁺].
5. Effet de l'ajout d'un produit sur un équilibre ? → Qᵣ > K, évolution dans le sens inverse.
6. Effet d'une dilution sur τ pour un acide faible ? → τ augmente.
7. Relation entre Kₛ et s pour AgCl dans l'eau pure ? → Kₛ = s².
8. Relation entre Kₛ et s pour PbI₂ ? → Kₛ = 4s³.
9. Condition d'apparition d'un précipité ? → Qᵣ de la dissolution supérieur à Kₛ.
10. Pourquoi un catalyseur ne change-t-il pas τ ? → Il accélère les deux sens sans modifier K.