Continuons avec les compétences exigibles du programme de TS de chimie. Le second chapitre de la partie B s’intitule « Etat d’équilibre d’un système », voici ce qu’il faut en retenir :

Utiliser la relation liant la conductance G aux concentrations molaires effectives [Xi] des ions Xi en solution.

Cela relève du programme de 1ère S, voir l’article que faut-il retenir du programme de 1ère S ? à ce propos.

Savoir que, lorsque l’état d’équilibre du système est atteint, les quantités de matière n’évoluent plus, et que cet état d’équilibre est dynamique.

Contrairement à ce qui a été enseigné jusque là, une réaction ne s’arrête pas lorsqu’il n’y a plus de réactifs. En effet, une réaction a lieu simultanément dans les deux sens. C’est pourquoi on parle d’équilibre chimique et que la flèche ? se fait remplacer par un =. Ainsi, partant d’un état hors équilibre, le système évolue jusqu’à un état d’équilibre où réactifs et produits interagissent en permanence (aspect dynamique de l’équilibre). Cependant les quantités de matière cessent d’évoluer dans cet état d’équilibre.

En disposant de l’équation d’une réaction, donner l’expression littérale du quotient de réaction Qr.

Pour décrire cet équilibre, on a besoin de se munir d’un nouvel outil. Il s’agit du quotient de réaction Qr :

aA + bB = cC + dD

le quotient de réaction est Qr = [C]^c[D]^d/[A]^a [B]^b

Attention : cette expression est valable pour les solutés. Pour les solvants, les solides et les gaz, on remplace leurs concentrations par 1. Ainsi, pour la réaction de dissolution du chlorure de sodium :

NaCl_(s) ? Na⁺_(aq)+Cl^–_(aq)

Qr = [Na⁺_(aq)][Cl^–_(aq)]

D’où l’importance de ces petits (aq), (s), (l) et autres (g) qui permettent de montrer l’état physique des espèces chimiques considérées.

Savoir que le quotient de réaction dans l’état d’équilibre d’un système, Qr,éq, prend une valeur, indépendante de la composition initiale, qui est la constante d’équilibre associée à l’équation de la réaction.

Le quotient de réaction tend vers une valeur qui ne dépend que de la réaction lorsque le système chimique tend vers son état d’équilibre. Cette valeur notée K est la constante d’équilibre associée à l’équation de la réaction :

Qr ? Qr,éq=K indépendante des conditions initiales

Savoir que, pour une transformation donnée, le taux d’avancement final dépend de la constante d’équilibre et de l’état initial du système.

S’il est vrai que le quotient de réaction dans l’état final Qr,éq est indépendant des conditions initiales, il n’en est pas de même du taux d’avancement final. En effet, celui-ci dépend de la façon dont le système évolue. Imaginons que nous partions d’un système déjà à l’équilibre : Qr,i = Qr_,éq. Alors le taux d’avancement est nul (x reste à 0, le système n’évolue pas : x_f=0 et ?=x_f/x_max=0). Tandis que si l’on part d’une situation où Qr,i = 0 (parce qu’il n’y a pas de produits initialement), le système va évoluer de sorte à avoir Qr,f = Qré,q. L’avancement va donc évoluer vers une valeur x_f et le taux d’avancement sera non nul. Pour résumer :

Qr,i ? Qr,éq=K indépendant des conditions initiales (Qr,i)

x=0 ? x_f qui dépend des conditions initiales (Qr,i) et de K