CH 7 Sens d’évolution spontanée d’un système

1. La transformation non totale

TP1 (p 133)

Lors d’une transformation non totale les réactifs forment des produits et dans le même temps les produits réagissent entre eux pour former les réactifs. Une transformation non totale est modélisées par une double flèche. 𝒂𝑨 + 𝒃𝑩 ⇌ 𝒄𝑪 + 𝒅𝑫. Le système à l’état final, est en état d’équilibre chimique.

Exemple du TP: 𝑭𝒆(𝒂𝒒)𝟐+ + 𝑨𝒈(𝒂𝒒)

+ ⇄ 𝑭𝒆(𝒂𝒒)𝟑+ + 𝑨𝒈(𝒔)

1.1. Notion d’équilibre dynamique

L’équilibre est atteint lorsque la vitesse de formation des produits est égale à la vitesse de formation des réactifs (ces variations de vitesses peuvent s’expliquer avec le facteur cinétique concentration). On parle d’équilibre dynamique.

Exemple du TP:

1.2. Taux d’avancement final

Le taux d’avancement final d’une transformation le rapport entre l’avancement final et avancement maximal:

𝝉 =𝒙𝒇

𝒙𝒎𝒂𝒙

Si 𝝉 =1 alors la transformation est totale

Si 𝝉 < 𝟏 alors la transformation est non totale (limitée)

Exemple du TP: 𝑛𝑖 𝑓𝑒2+ = 𝑛𝑖(𝐴𝑔

+) = 1,0 𝑚𝑜𝑙

Donc 𝑥𝑚𝑎𝑥 = 1,0 𝑚𝑜𝑙.

𝑛𝑓 𝐹𝑒3+ = 𝑛𝑓 𝐴𝑔 = 0,60 𝑚𝑜𝑙 Donc 𝑥𝑓 = 0,60 𝑚𝑜𝑙.

Le taux d’avancement 𝜏 =𝑥𝑓

𝑥𝑚𝑎𝑥=0,60

1,0= 0,60 < 1

Transformation non totale

2. L’évolution spontanée d’un système

2.1. Quotient de réaction 𝑸𝒓

Le quotient de réaction est une grandeur sans unité qui permet de caractériser un système chimique.

Pour la transformation: aA + bB ⇄ cC + dD

Le quotient de réaction est: 𝑸𝒓 =[𝑪]𝒄×[𝑫]𝒅

[𝑨]𝒂×[𝑩]𝒃

Rq: Les solvants et les solides n’interviennent pasdans ce quotient.

𝑆2𝑂3(𝑎𝑞)2− + 2𝐻3𝑂(𝑎𝑞)

+ ⇄ 𝑆(𝑠) + 𝑆𝑂2(𝑎𝑞) + 3𝐻2𝑂(𝑙)

𝑸𝒓 =[𝑆𝑂2]

𝟏

[𝑆2𝑂32−]𝟏× [𝐻3𝑂(𝑎𝑞)

+ ]𝟐

2.2. Constante d’équilibre K

À l’état d’équilibre le quotient de réaction est toujours le même pour une transformation donnée. Cette constante K est indépendante de la température.

𝑸𝒓 é𝒒𝒖𝒊𝒍𝒊𝒃𝒓𝒆 = 𝑲

2.3. Prévision du sens de l’évolution spontanée

Tout système chimique tend vers son état d’équilibre. Son quotient de réaction 𝑸𝒓 tend donc vers K. On peut donc prévoir le sens de l’évolution spontanée du système.

3. Le transfert spontané d’électrons

3.1. Réaction d’oxydo-réduction

Lors d’une réaction d’oxydo-réduction il y a un échange d’électrons.

Ce transfert peut se faire entre les réducteurs et les oxydants si ils sont en contact.

Ou par un circuit électrique si les réactifs ne sont pas en contact. (pile)

3.2. Constitution d’une pile

Une pile est constituée de deux compartiments distincts, appelés demi-piles, contenant chacun un couple oxydant/réducteur. Ces deux compartiment sont reliés par un pont salin.

3.3. Fonctionnement d’une pile

3.4. Rôle du pont salin

Le pont salin contient des ions mobiles. Il relie les deux demi-piles. Il assure la circulation du courant et la neutralité électrique des solutions.

3.5. Caractéristique d’une pile

Tant qu’une pile fonctionne, son système chimique évolue vers l’équilibre. 𝑸𝒓 ≠ 𝑲

Quand la pile est usée alors son système chimique a atteint l’équilibre. 𝑸𝒓 = 𝑲

La capacité d’une pile est la charge maximale qu’elle peut débiter. 𝑸𝒎𝒂𝒙 = 𝒏𝒆𝒎𝒂𝒙

− × 𝑵𝑨 × 𝒆

La tension à vide est la tension que possède la pile

quand elle ne débite pas.

3.6. Les oxydants et les réducteurs usuels

Les bons oxydants doivent être capables de capterfacilement des électrons. Exemples à connaitre:

Les bons réducteur doivent facilement perdre des électrons. On utilise souvent les métaux. Il perdent facilement 1 ou 2 électrons pour atteindre la configuration d’un gaz noble.

Le dihydrogène 𝑯𝟐 et les métaux intermédiaires (cuivre, zinc etc…) sont aussi de bons réducteur.

Exercices p 141 qcm n° 1, 2, 3 Ex 4, 6, 8, 10, 12, 14, 16, 18, 19, 20, 22, 23, 24, 25, 27, 28 et ECE.