Prévoir l'état final d'un système chimique - Cours et exercices de Chimie, Terminale Générale

Quotient de réaction et constante d'équilibre

Les transformations chimiques totales pour lesquelles la réaction atteint l'avancement maximal sont rares. La plupart du temps, une situation d'équilibre apparaît. Pour caractériser cette situation il est possible d'utiliser une grandeur spécifique, la constante d'équilibre.

1. Les transformations chimiques non totales

• Le vinaigre du commerce doit son acidité à un acide provenant de la fermentation de l’éthanol. Cet acide est de l’acide acétique, appelé acide éthanoïque dans la nomenclature officielle. Il a pour formule CH₃CO^₂H. Le proton situé en fin de chaîne peut être libéré, ce qui confère la propriété acide à cette entité.

• Considérons un volume V = 100 mL d’une solution aqueuse d’acide éthanoïque de concentration apportée c = 1,0 × 10^-2 mol·L^-1 que l’on place dans un bécher. On mesure le pH de cette solution en maintenant une agitation constante. La valeur donnée par le pH-mètre est alors de 3,4 au lieu de la valeur 2 attendue au vu de la valeur de la concentration apportée.

Transformations dans une pile

Les réactions d'oxydoréductions vues en première se produisent par échanges d'électrons. Cet échange est utilisé dans une pile en faisant passer les électrons par l'extérieur du mélange réactionnel, à travers un circuit électrique. De l'énergie chimique est ainsi convertie en énergie électrique.

1. Transformation spontanée modélisée par une réaction d'oxydoréduction

Au cours d'une oxydoréduction, des électrons sont transférés par contact entre réactifs.
Exemple : mise en contact de deux lames métalliques par l'intermédiaire d'une solution ionique.

Constante d'acidité et produit ionique de l'eau

Les réactions acido-basiques sont des équilibres caractérisés par des constantes de réaction de valeur fixe à température constante.

1. Constante d'acidité d'un couple acide-base

Un acide réagit avec l'eau après sa dissolution. Cette réaction a pour équation de réaction : 

Constante de réaction associée : 

Applications aux solutions acides et basiques courantes

Les solutions acides et basiques sont fréquemment utilisées dans la vie courante. Pourtant, des espèces basiques peuvent exister en milieu acide, et réciproquement.

1. Solutions courantes acides et basiques

• Le chlorure d'hydrogène est un gaz très soluble dans l'eau, entité avec laquelle il réagit pour former de l'acide chlorhydrique appelé aussi esprit de sel : . Le produit de cette réaction est un acide fort, l'acide chlorhydrique de formule .

• La solution d'acide nitrique possède à la fois les propriétés acido-basique et oxydante. On l'appelle aussi le mordant. C'est un acide utilisé pour réaliser par exemple les gravures sur métal. Réaction avec l'eau :   Le produit de cette réaction est un acide fort, l'acide nitrique de formule :  .

Fonctionnement d'un électrolyseur

Les réactions d'oxydoréduction sont des réactions spontanées. Il est pourant possible de les renverser en apportant de l'énergie, par exemple, sous forme électrique.

1. Transformation chimique par passage forcé du courant électrique

La statue de la liberté aux États-Unis a dû être réparée en 1986. Les rivets la constituant étaient faits de deux métaux : du fer et du cuivre. Par oxydation, le cuivre s’est transformé en ions cuivre II. Ces ions ont réagi avec le fer selon la réaction d’oxydoréduction :

Stockage et conversion de l'énergie chimique

Un électrolyseur fonctionne par conversion d'énergie électrique en énergie chimique. Il peut donc être considéré comme un réservoir d’énergie électrique.

1. Conversion d'énergie électrique en énergie chimique

Equation de fonctionnement de l'électrolyseur :


On multiplie chaque terme de l’équation de fonctionnement de l’électrolyseur par pour faire apparaître des énergies :