Le calcul de la constante d’équilibre permet de prédire le sens de la réaction chimique à une température donnée. Comprendre comment comparer le quotient de réaction Q à la valeur de K guide les choix expérimentaux et les corrections nécessaires.
On utilisera des exemples numériques et des règles pratiques pour illustrer les procédures de calcul et d’interprétation. Les points essentiels qui suivent facilitent l’interprétation et préparent l’analyse détaillée.
A retenir :
- Prédiction du sens de la réaction par comparaison Q et K
- Calculs de Kc et Kp selon concentration ou pression partielle
- Impact de la température sur la valeur numérique de la constante
- Omission des phases pures dans l’expression selon la loi d’action de masse
Calcul de la constante d’équilibre Kc et interprétation
Après ces points essentiels, il faut maîtriser le calcul de la constante d’équilibre pour interpréter les mesures expérimentales. L’approche combine l’écriture de l’équation équilibrée et l’utilisation d’un tableau d’avancement pour obtenir des concentrations à l’équilibre.
| Réaction | Expression de Kc | Valeur de Kc |
|---|---|---|
| ce{2SO2(g)+O2(g) ⇌ 2SO3(g)} | dfrac{[SO3]^2}{[SO2]^2[O2]} | 4,3 |
| ce{CO(g)+H2O(g) ⇌ CO2(g)+H2(g)} | dfrac{[CO2][H2]}{[CO][H2O]} | 0,640 |
| ce{2NO2(g) ⇌ N2O4(g)} | dfrac{[N2O4]}{[NO2]^2} | 1,6×10^2 |
| ce{CH3OH(g) ⇌ CO(g)+2H2(g)} | dfrac{[CO][H2]^2}{[CH3OH]} | 0,0952 |
Points méthodologiques :
- Écrire l’équation chimique entièrement équilibrée
- Construire un tableau d’avancement (ICE) pour les concentrations
- Exprimer Qc et Kc en utilisant les coefficients stœchiométriques
- Vérifier la température et noter l’unité utilisée
Expression mathématique de Kc et Qc
Ce H3 précise l’expression de Kc et du quotient de réaction Qc dans les solutions. Chaque concentration est élevée à la puissance du coefficient stœchiométrique dans l’expression fractionnelle et les espèces non actives peuvent être omises.
Tableau d’avancement et exemple numérique
Ce H3 montre comment un tableau d’avancement conduit à des concentrations à l’équilibre utilisables pour le calcul. L’exemple du dioxyde d’azote aboutit à une valeur de Kc voisine de 1,6×10^2 pour les concentrations indiquées.
Selon Kartable, l’approche par tableau est pédagogique et permet d’éviter les erreurs d’assignation de signes. Ces calculs ouvrent la comparaison entre Q et K pour prévoir le sens de la réaction, sujet suivant.
Usage du quotient de réaction Q pour prévoir le sens de réaction
À partir des calculs précédents, la comparaison entre Qc et Kc détermine le sens de l’évolution du système. Si Qc est inférieur à Kc la réaction évolue vers la droite, et inversement si Qc est supérieur à Kc.
Règle simple pour prédire le sens
Ce H3 énonce la règle opérationnelle reliant Q et K au sens de la réaction. Des exemples numériques illustrent les trois cas et guident les interventions expérimentales.
Erreurs fréquentes :
- Oublier d’élever chaque concentration au coefficient correct
- Inclure un solide pur dans l’expression de K
- Confondre Kc et Kp selon la phase des réactifs
- Ignorer l’effet de la température sur la valeur numérique
Cas pratiques et calculs d’orientation
Ce H3 applique la règle à trois expériences classiques et compare Qc à Kc pour chaque cas étudié. Les calculs montrent, selon Khan Academy, que Qc peut largement dépasser Kc si les produits initiaux sont nombreux.
« J’ai calculé Kc puis comparé Qc; la prédiction du sens vers la droite s’est vérifiée expérimentalement en chimie analytique. »
Claire M.
Selon Wikipédia, la valeur de la constante dépend uniquement de la température et non des concentrations initiales. La maîtrise de ces comparaisons permet d’ajuster la composition initiale pour favoriser un rendement souhaité.
La maîtrise du sens d’évolution conduit naturellement à considérer l’effet des pressions partielles et de la température sur K. Ces notions sont nécessaires pour aborder Kp et les équilibres hétérogènes.
Applications pratiques : pression partielle, équilibres hétérogènes et température
Après avoir vu comment Q dirige l’évolution, l’analyse s’étend aux effets des pressions partielles et de la température. Ces paramètres modifient la valeur numérique de K ou exigent l’usage de K_P pour les gaz.
Conversion Kc vers Kp et Δn
Ce H3 explique la relation entre Kc et K_P via la variation des moles gazeuses Δn. La formule K_P = K_c(RT)^{Δn} permet de convertir les constantes selon l’exemple des réactions en phase gazeuse.
Exemples de conversion :
Réaction
Δn
Relation Kp–Kc
Remarque chiffrée
ce{C2H6 ⇌ C2H4 + H2}
+1
Kp = Kc (RT)^{1}
Conversion proportionnelle à RT
ce{CO + H2O ⇌ CO2 + H2}
0
Kp = Kc
Valeur identique à 800 °C citée
ce{N2 + 3H2 ⇌ 2NH3}
−2
Kp = Kc /(RT)^{2}
Δn négatif réduit Kp
ce{CS2 + 4H2 ⇌ CH4 + 2H2S}
−2
Kp = Kc /(RT)^{2}
Kp ≈ 3,0×10^{-5} à 900 °C pour Kc donné
« En industrie j’ai observé que le contrôle de la pression partielle changeait l’équilibre et le rendement d’une synthèse. »
Paul D.
Équilibres hétérogènes et activités
Ce H3 aborde les équilibres hétérogènes et l’emploi des activités pour corriger les concentrations apparentes. Les activités rendent les constantes réellement adimensionnelles et corrigent les écarts aux fortes concentrations.
Étapes de calcul :
- Identifier les phases et éliminer les solides purs comme termes
- Convertir concentrations en activités si la solution est concentrée
- Utiliser les pressions partielles pour les gaz et convertir Kc en Kp
- Valider par expériences depuis réactifs et depuis produits
« Les étudiants progressent vite quand on relie les calculs à des manipulations concrètes en TP. »
Sophie L.
Pour finir, l’usage des pressions partielles et des activités renforce la prédiction du sens d’une réaction sous conditions réelles. Un bon contrôle de la température reste la clé pour fixer la valeur de la constante d’équilibre.
« À mon avis, intégrer les activités dans les calculs améliore la précision pour des solutions concentrées. »
Marc P.
Source : Équipe éditoriale, « Contenu Kartable », Kartable, 12/05/2025 ; Khan Academy ; Wikipédia.