Fiche de révision : Équilibres chimiques généraux

📋 Plan du Cours

1. Réactions totales et équilibrées
2. Équations et tableau d’avancement
3. Réactif limitant et avancement maximal
4. Constante et activités à l’équilibre
5. Sens d’évolution d’un équilibre
6. Loi de Le Châtelier

📖 1. Réactions totales et équilibrées

🔑 Notions clés & Définitions

• Réaction équilibrée : Réaction pour laquelle les concentrations des réactifs et des produits n’évoluent plus au cours du temps à l’échelle macroscopique, tandis que les vitesses des réactions directe et inverse sont égales à l’échelle microscopique.

📝 Points essentiels

📌 Une réaction totale consomme tout le réactif limitant et est représentée par une simple flèche, tandis qu’une réaction équilibrée est représentée par une double flèche et conserve des réactifs et des produits à l’équilibre.

💡 Astuce mémo

Totale : xmax atteint ; équilibrée : xF reste inférieur à xmax.

📖 2. Équations et tableau d’avancement

🔑 Notions clés & Définitions

• Tableau d’avancement : Permet de suivre l’évolution des quantités de matière des réactifs et des produits au cours d’une transformation chimique.

📝 Points essentiels

📌 Une équation de réaction doit conserver le nombre d’atomes de chaque élément et la charge électrique globale, ce qui impose des coefficients stœchiométriques devant les espèces chimiques. — Lavoisier

• Pour une réaction d’équation $aA+bB\rightleftharpoons cC+dD$, le tableau d’avancement distingue l’état initial $x=0$, l’état pendant la réaction d’avancement x et l’état final d’avancement $x_F$, avec l’état maximal $x_{max}$ correspondant à une réaction totale.

💡 Astuce mémo

Équation équilibrée → état initial → évolution → état final.

📖 3. Réactif limitant et avancement maximal

🔑 Notions clés & Définitions

• Réactif limitant : Réactif entièrement consommé à l’état maximal.

★ À maîtriser

📐 Formule — Pour une réaction $aA+bB\rightarrow cC+dD$, les deux hypothèses donnent $x_{max}=\frac{n_0(A)}{a}$ si A est limitant et $x_{max}=\frac{n_0(B)}{b}$ si B est limitant ; la plus petite valeur indique le réactif limitant.

📌 Dans une réaction totale, xF=xmax et le réactif limitant a été entièrement consommé, tandis que dans une réaction équilibrée, xF<xmax et le réactif limitant n’a pas été entièrement consommé.

Compléments

• Pour la réaction $Zn+2Ag^+\rightarrow Zn^{2+}+2Ag$, les quantités initiales sont $n_0(Zn)=3{,}1\times10^{-3}\ \mathrm{mol}$ et $n_0(Ag^+)=5{,}0\times10^{-3}\ \mathrm{mol}$ ; Ag+ est le réactif limitant et $x_{max}=2{,}5\times10^{-3}\ \mathrm{mol}$.

💡 Astuce mémo

Le réactif limitant disparaît à xmax ; les quantités initiales seules ne suffisent pas à l’identifier.

📖 4. Constante et activités à l’équilibre

🔑 Notions clés & Définitions

• Activité : Pour un soluté en solution diluée, l’activité à l’équilibre vaut $a_{éq}=\frac{C_{éq}}{C^\circ}$ avec $C^\circ=1\ \mathrm{mol.L^{-1}}$, tandis que pour un gaz parfait elle vaut $a_{éq}=\frac{P_{éq}}{P^\circ}$ avec $P^\circ=1\ \mathrm{bar}$.

★ À maîtriser

📐 Formule — Pour la réaction $aA+bB\rightleftharpoons cC+dD$, la constante d’équilibre vérifie $K=\frac{(a_C)^c_{éq}(a_D)^d_{éq}}{(a_A)^a_{éq}(a_B)^b_{éq}}$ et ne dépend que de la température.

Compléments

• La constante d’équilibre K est une grandeur sans unité, et l’activité d’un solide pur ou d’un solvant vaut 1.

💡 Astuce mémo

Température fixée → constante K fixée.

📖 5. Sens d’évolution d’un équilibre

📝 Points essentiels

• Si K>10^4, la réaction est quasi-totale et plus de 99 % du réactif en défaut a été consommé ; si 1<K<10^4, la réaction est équilibrée ; si K<1, l’équilibre est peu déplacé vers la droite et les réactifs sont majoritaires.

📐 Formule — Pour prévoir l’évolution spontanée, le quotient de réaction initial est comparé à K : $Q_{ri}<K$ entraîne une évolution dans le sens direct, $Q_{ri}=K$ aucune évolution et $Q_{ri}>K$ une évolution dans le sens indirect.

💡 Astuce mémo

Qri < K : sens direct ; Qri > K : sens indirect ; Qri = K : aucune évolution.

📖 6. Loi de Le Châtelier

🔑 Notions clés & Définitions

• Loi de Le Châtelier : Énonce qu’un système chimique à l’équilibre s’oppose à la contrainte imposée par une modification de la pression, de la température ou de la concentration des réactifs ou des produits.

📝 Points essentiels

📌 Lorsqu’un sous-produit gazeux est éliminé d’un système ouvert, l’équilibre est déplacé dans le sens de sa formation.

• Lorsqu’on élimine l’eau produite par une estérification au moyen d’un montage spécial, l’équilibre est déplacé dans le sens de la formation de l’ester et de l’eau.

💡 Astuce mémo

Contrainte imposée → le système évolue dans le sens qui s’y oppose.

📊 Tableaux de synthèse

Réaction totale ou équilibrée