Fiche de révision : Avancement et équilibre chimique

📋 Plan du Cours

1. Définition de l’avancement
2. Régimes et grandeurs associées
3. Tableau d’avancement
4. Réactif limitant et bilan
5. Critère thermodynamique de réaction
6. Effets de l’enthalpie et de l’entropie
7. Applications aux équilibres

📖 1. Définition de l’avancement

🔑 Notions clés & Définitions

• Avancement de réaction : Mesure l’évolution des quantités de matière selon la relation $\xi = \frac{n_i-n_i^0}{\nu_i}$ et vérifie $n_i=n_i^0+\nu_i\xi$.

★ À maîtriser

• Au début de la réaction, l’avancement vaut ξ = 0 ; le coefficient stœchiométrique νᵢ est négatif pour un réactif et positif pour un produit.

Compléments

📐 Formule — L’avancement volumique x est défini par $x=\frac{\xi}{V}$.

💡 Astuce mémo

Réactifs consommés et produits formés → variation de ξ

📖 2. Régimes et grandeurs associées

★ À maîtriser

📌 Une réaction totale consomme totalement tous les réactifs en proportions stœchiométriques ou au moins un réactif en proportions non stœchiométriques, tandis qu’une réaction incomplète laisse coexister réactifs et produits et vérifie ξf ≠ ξmax.

• À l’équilibre, une réaction incomplète se déroule dans les deux sens à la même vitesse.

• Le rendement d’une réaction est le rapport entre la quantité de produit obtenue et la quantité de produit attendue, multiplié par 100.

Compléments

• Le taux de conversion est le rapport entre la quantité de matière convertie et la quantité de matière initiale du réactif.

💡 Astuce mémo

Réaction totale : ξf = ξmax ; réaction incomplète : ξf ≠ ξmax

📖 3. Tableau d’avancement

★ À maîtriser

• Un tableau d’avancement présente l’état initial, les variations de quantité de matière dues à la stœchiométrie, puis l’état final.

Compléments

• Pour la réaction CH3CH2OH + CH3COOH ⇄ CH3COOCH2CH3 + H2O, les quantités finales sont nᶠEtOH = n⁰EtOH − ξf, nᶠAcOH = n⁰AcOH − ξf, nᶠAcOEt = ξf et nᶠH2O = ξf lorsque les produits sont initialement absents.

💡 Astuce mémo

État initial → variation stœchiométrique → état final

📖 4. Réactif limitant et bilan

📝 Points essentiels

📌 Dans une réaction totale non stœchiométrique, le réactif limitant est celui qui est totalement consommé et il détermine la valeur finale de l’avancement.

• Pour Pb²⁺ + 2 I⁻ → PbI₂ avec 15 mmol de Pb²⁺ et 20 mmol de I⁻, I⁻ est limitant car il impose ξf = 10 mmol ; il reste 5 mmol de Pb²⁺ et il se forme 10 mmol de PbI₂.

📖 5. Critère thermodynamique de réaction

🔑 Notions clés & Définitions

• Enthalpie libre : Fonction d’état dont la variation s’écrit $\Delta G=\Delta H-T\Delta S$.

📝 Points essentiels

📌 Si ΔG < 0, la réaction est spontanée dans le sens direct ; si ΔG > 0, elle n’est pas spontanée dans le sens direct et peut se produire dans le sens indirect ; si ΔG = 0, le système est à l’équilibre dynamique.

💡 Astuce mémo

ΔG < 0 : direct ; ΔG > 0 : indirect ; ΔG = 0 : équilibre

📖 6. Effets de l’enthalpie et de l’entropie

★ À maîtriser

📌 Une réaction endothermique possède ΔH > 0 et un état final plus énergétique que l’état initial, tandis qu’une réaction exothermique possède ΔH < 0 et un état final moins énergétique.

📌 Les critères ΔH < 0 et ΔS > 0 sont favorables à la spontanéité dans le sens direct.

Compléments

📐 Formule — Lorsque ΔG = 0, la température d’inversion vérifie $T=\frac{\Delta H}{\Delta S}$.

💡 Astuce mémo

Endothermique : ΔH > 0 ; exothermique : ΔH < 0

📖 7. Applications aux équilibres

★ À maîtriser

📌 Si ΔH > 0 et ΔS < 0, le sens direct est défavorable ; si ΔH < 0 et ΔS > 0, il est favorable ; si ΔH et ΔS ont le même signe, l’évolution dépend de la température.

Compléments

• La décomposition de CaCO₃(s) en CaO(s) et CO₂(g) est endothermique, tandis que la combustion de C₃H₈(g) par O₂(g) en CO₂(g) et H₂O(g) est exothermique.

📐 Formule — À l’équilibre, la relation $\Delta G=0$ donne $\Delta H-T\Delta S=0$.

📊 Tableaux de synthèse

Avancement et régime réactionnel