Cours n°13 : Les équilibres chimiques.

Définitions:

Un équilibre chimique est une réaction au cours de laquelle aucun des réactifs ne disparait

complètement.

On obtient tjrs un mélange de réactifs et de produits formés.

Rendement ≠ 100%.

Ex1 : Si on mélange à chaud du HCl et du O2, il se forme du Cl2 et du H2O

4HCl + O22Cl2 + 2H2O

La réaction cesse d’évoluer alors qu’il reste du HCl et du O2. A l’état final, on a 1 mélange de HCl, O2,

Cl2, H2O.

Ex2 : Si on mélange à chaud du Cl2 et du H2O, il se forme du HCl et du O2.

4HCl + O22Cl2 + 2H2O

H2O et Cl2 ne réagissent pas totalement. A l’état final, on a 1 mélange de HCl, O2, Cl2, H2O.

Entre ces 4 corps, les 2 réactions peuvent se produire, ceci explique que l’on atteint au bout d’un

moment un équilibre, quand les 2 réactions ont lieu simultanément de sorte qu’il ne semble plus y

avoir de réaction.

4HCl + O22Cl2 + 2H2O

direct

inverse

Facteurs cinétiques :

Cela influence la vitesse d’une réaction

Ex : la T° de la réaction, l’usage de catalyseur

Loi d’action de masse des systèmes homogènes :

Rq : un système est dit homogène si ses ≠ constituants ne forment qu’une seule phase.

Expression de la loi en fonction des concentrations molaire : Kc.

La loi s’applique à tous les systèmes homogènes liquide ou gazeux.

Soit la réaction

Où α, β, γ, δ sont des entiers

A et B sont des réactifs

C et D sont des produits

Kc est la constante d’équilibre relative aux concentrations à un T° donnée

Kc n’a pas d’unité

Exemple :

Calculer Kc sachant que l’on a, à l’état initial 0,5 mol de glucose dans 500 ml d’eau et à l’état

d’équilibre 8.10-5 mol de méthanal dans 500 ml d’eau.

EB C6H12O66H2CO

EI 0,5 mol 0 Eéq 0,5 - x 6x = 8.10-5

x = 8.10-5/6 ≈ 1,33.10-5 mol

[H2CO] = 8.10-5/0,5 = 1,6.10-4 mol.L-1

[C6H12O6] = 1,33.10-5/0,5 = 2,66.10-5 mol.L-1

Expression de la loi en fonction des pressions partielles.

Cette loi ne s’applique qu’aux systèmes chimiques homogènes et gazeux.

Définition de pression partielle :

On appelle pression partielle PA d’un gaz A dans un mélange, la pression qu’exercerait A s’il occupait

à lui seul le volume total.

La somme des P partielles des ≠ gaz du mélange = la P totale.

Définition de Kp :

Soit l’équilibre

Où A, B, C, D = gaz

La constante d’équilibre aux pressions partielles est :

Kp est une constante définie à T° donnée

Kp n’a pas d’unité

On peut exprimer en bar ou en pascal mais on doit préciser l’unité

Relation entre Kc et Kp :

ou

Sachant que :

Σg = α + β → somme des coeff stoechiométriques de gauche

Σd = γ + δ → somme des coeff stoechiométriques de droite

Rq : Si Σg = Σd alors

Coefficient de dissociation :

Rapport du nb de mole dissociée sur le nb de mole à l’état initial. On le note α.

Par définition 0 ≤ α ≤ 1:

Si α =1, alors c’est une réaction totale.

Si α proche de 1, le rendement est bon.

Si α proche de 0, rdt mauvais.

Loi d’action de masse des systèmes hétérogènes :

Définition : un système est hétérogène si on peut distinguer ≠ phases

Ex : solide, liquide…

Dans le cas des systèmes hétérogènes, on ne tient pas compte des solides !

Ex :

C(s) + CO2(g) 2CO(g)

Lois de déplacement d’un équilibre chimique :

Influence de la température (loi de Van’t Hoff)

Notion d’enthalpie :

Au cours d’une réaction chimique, il peut y avoir des transferts de chaleurs = variation d’enthalpie.

Réaction exothermique (↗ de t°) : le système perd de la chaleur à P constante.

Qp = ΔH < 0

Réaction endothermique (↘ de t°) : le système gagne de la chaleur.

Qp = ΔH > 0

Réaction athermique (pas de variation de t°)

Qp = ΔH = 0

Loi de Van’t Hoff :

Si on ↗ la t°, le système évolue dans le sens de la réaction endothermique et réciproquement.

Ex :

2NO (g) + Br2(g) 2NOBr (g)

Si on ↗ la t°, le système évolue dans le sens direct.

Si on ↘ la t°, ________________________ indirect.

Influence des concentrations molaires :

Si on ↗ la C molaire d’un des constituants, l’équilibre se déplace dans le sens de la disparition de cet

élément.

A + B C + D

1

2

Ex : Si on ↗ la [A], l’eq se déplace dans le sens 1

________[C], ______________________ 2

Si on ↘ la [A], l’eq se déplace dans le sens 2

________[C], ______________________ 1

Influence de la pression totale :

1er cas :

Si Σg = Σd (sans changement du nb de moles gazeuses), une ↗ ou ↘ de la pression totale est sans effet.

2ème cas :

Si Σg > Σd, une ↗ de Ptotale favorise la réaction qui se déplace du nb de moles de gaz le + ↑ au + ↓.

3ème cas :

Si Σg < Σd, une ↘ de Ptotale favorise la réaction qui se déplace du nb de moles de gaz le + ↓ au +↑.