CH 7 Sens d’évolution spontanée d’un système

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 = 𝒙_𝒇 𝒙_𝒎𝒂𝒙

Si 𝝉 =1 alors la transformation est totale

Si 𝝉 < 𝟏 alors la transformation est non totale (limitée) Exemple du TP: 𝑛_𝑖 𝑓𝑒²⁺ = 𝑛_𝑖(𝐴𝑔⁺) = 1,0 𝑚𝑜𝑙

Donc 𝑥_𝑚𝑎𝑥 = 1,0 𝑚𝑜𝑙.

𝑛_𝑓 𝐹𝑒³⁺ = 𝑛_𝑓 𝐴𝑔 = 0,60 𝑚𝑜𝑙 Donc 𝑥_𝑓 = 0,60 𝑚𝑜𝑙.

Le taux d’avancement 𝜏 = ^𝑥𝑓

𝑥_𝑚𝑎𝑥=^0,60

1,0 = 0,60 < 1 Transformation non totale

2. L’évolution spontanée d’un système 2.1. Quotient de réaction 𝑸_𝒓

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: 𝑸_𝒓 = ^{[𝑪]𝒄×[𝑫]𝒅}

[𝑨]^𝒂×[𝑩]^𝒃

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

𝑆₂𝑂_3(𝑎𝑞)²⁻ + 2𝐻₃𝑂_(𝑎𝑞)⁺ ⇄ 𝑆_(𝑠) + 𝑆𝑂_2(𝑎𝑞) + 3𝐻₂𝑂_(𝑙)

𝑸_𝒓 = [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 𝑸_𝒓 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. 𝑸_𝒓 ≠ 𝑲

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

La capacité d’une pile est la charge maximale qu’elle peut débiter. 𝑸_𝒎𝒂𝒙 = 𝒏𝒆_𝒎𝒂𝒙⁻ × 𝑵_𝑨 × 𝒆

La

tension à vide

ne débite pas

3.6. Les oxydants et les réducteurs usuels

Les bons oxydants doivent être capables de capter facilement 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 𝑯_𝟐 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.