Fiche de révision : Équilibre des réactions chimiques

📋 Plan du Cours

1. Équilibre dynamique et réversibilité
2. Constantes d’équilibre Kc et Kp
3. Propriétés des constantes d’équilibre
4. Calcul de la constante Kc
5. Calcul des concentrations à l’équilibre
6. Déplacement des équilibres
7. Quotient réactionnel et estérification
8. Autoprotolyse de l’eau et pH

📖 1. Équilibre dynamique et réversibilité

🔑 Notions clés & Définitions

• Équilibre dynamique : Atteint lorsque les vitesses de la réaction directe et de la réaction inverse sont égales, tandis que les concentrations restent constantes.

📝 Points essentiels

• Dans l’équilibre $2\,NO_2 \rightleftharpoons N_2O_4$, le dioxyde d’azote brun et suffocant se dimérise en tétraoxyde de diazote incolore.

💡 Astuce mémo

Va = Vb : les deux sens s’annulent sans arrêter les réactions

📖 2. Constantes d’équilibre Kc et Kp

★ À maîtriser

📐 Formule — Pour $aA(aq)+bB(aq)\rightleftharpoons xX(aq)+yY(aq)$, la constante des concentrations vérifie $K_c=\frac{[X]^x[Y]^y}{[A]^a[B]^b}$. — Gulberg & Waage, fin XIX

📐 Formule — Pour un équilibre gazeux, la constante des pressions partielles vérifie $K_p=\frac{(P_X)^x}{(P_A)^a(P_B)^b}$.

Compléments

• Dans l’expression de Kc, les solvants n’interviennent pas parce que leurs concentrations restent constantes.

📖 3. Propriétés des constantes d’équilibre

★ À maîtriser

📌 Kc et Kp dépendent de la température et de la pression, et l’unité de la constante dépend de l’équation chimique et du rapport du nombre de moles à gauche et à droite.

📌 Lorsqu’une équation d’équilibre est inversée, la nouvelle constante vérifie $K'_c=\frac{1}{K_c}$.

Compléments

📌 Si Kc augmente, l’équilibre est déplacé vers la droite parce que le numérateur augmente.

💡 Astuce mémo

Solvants et solides restent hors du rapport, gaz et solutés variables y entrent

📖 4. Calcul de la constante Kc

📝 Points essentiels

• Pour la synthèse du méthanol, les concentrations évoluent de 1,75−x pour CO, de 1−2x pour H₂ et de x pour CH₃OH, puis l’équilibre donne x=0,15 mol/L.

📐 Formule — Pour $CO(g)+2H_2(g)\rightleftharpoons CH_3OH(g)$, les concentrations à l’équilibre sont 1,6, 0,7 et 0,15 mol/L, donc $K_c=\frac{0{,}15}{1{,}6\times(0{,}7)^2}=0{,}19\,(mol/L)^{-2}$.

💡 Astuce mémo

Initiales → variation x → équilibre → Kc

📖 5. Calcul des concentrations à l’équilibre

📝 Points essentiels

• Pour $N_2O_4\rightleftharpoons2NO_2$, une concentration initiale de N₂O₄ de 2 mol/L conduit à l’équation $4x^2+6{,}66x-13{,}33=0$, dont la solution physiquement acceptable est x=1,17 mol/L.

• À l’équilibre, les concentrations sont [N₂O₄]=0,83 mol/L et [NO₂]=2,34 mol/L.

📖 6. Déplacement des équilibres

📝 Points essentiels

• Selon le principe de modération de Le Chatelier, lorsqu’un facteur provoque l’évolution d’un équilibre dans un sens, le système évolue en s’opposant à cette action.

• Une augmentation de la concentration d’un composé déplace l’équilibre dans le sens de la disparition de ce composé, et inversement.

• Dans un équilibre gazeux, une augmentation de la pression déplace l’équilibre vers le côté comportant le plus petit nombre de moles gazeuses, et inversement.

• Une augmentation de la température déplace l’équilibre dans le sens endothermique, c’est-à-dire dans le sens qui consomme de la chaleur, et inversement.

💡 Astuce mémo

Variation de T, P ou concentration → déplacement opposé du système

📖 7. Quotient réactionnel et estérification

🔑 Notions clés & Définitions

• Quotient réactionnel : Rapport des concentrations des produits et des réactifs calculé pour un système qui n’est pas nécessairement à l’équilibre.

★ À maîtriser

📌 Si Qc est supérieur à Kc, la réaction se déplace vers la gauche, tandis que si Qc est inférieur à Kc, elle se déplace vers la droite.

Compléments

• Pour l’estérification $CH_3COOH+CH_3OH\rightleftharpoons CH_3COOCH_3+H_2O$, l’ajout d’une mole par litre d’acide est compensé par un déplacement de l’équilibre qui consomme l’acide ajouté.

💡 Astuce mémo

Qc < Kc : droite ; Qc > Kc : gauche

📖 8. Autoprotolyse de l’eau et pH

🔑 Notions clés & Définitions

• Autoprotolyse de l’eau : Transfert de proton d’une molécule d’eau à une autre, produisant des ions hydronium et hydroxyde.

📝 Points essentiels

📐 Formule — À 25 °C, le produit ionique de l’eau vérifie $K_c=[H_3O^+][OH^-]=10^{-14}\,(mol/L)^2$.

📐 Formule — Dans l’eau pure, $[H_3O^+]=[OH^-]$, donc $[H_3O^+]=10^{-7}\,mol/L$.

📐 Formule — Le pH est le potentiel hydrogène défini par $pH=-\log[H_3O^+]$; pour l’eau neutre, $pH=7$.

💡 Astuce mémo

H₂O ⇌ H₃O⁺ + OH⁻ → produit ionique → pH

📊 Tableaux de synthèse

Constantes d’équilibre