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LÉQUILIBRE CHIMIQUE Aspect quantitatif. Dans une réaction complète, les quantités de produits obtenus dépendent des rapports stœchiométriques. Cependant,

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1 LÉQUILIBRE CHIMIQUE Aspect quantitatif

2 Dans une réaction complète, les quantités de produits obtenus dépendent des rapports stœchiométriques. Cependant, dans une réaction chimique, les concentrations à léquilibre pour chacune des substances ne respecte pas le rapport de moles. Donc, comment pouvons-nous déterminer les quantités de produits et de réactifs présents à léquilibre?

3 Léchelle du pH Le pH est une mesure de la concentration en ions H + dans une solution aqueuse.

4 Le terme pH signifie la puissance de lion H +, cest-à- dire lexposant en base 10 de la concentration en ions H +. si:pH = - log[H + ] alors:[H + ] = 10 -pH Ainsi, lorsque lon connaît le pH dune solution en équilibre, on peut facilement connaître sa [H + ], ce qui nous permettra de calculer la concentration à léquilibre pour toutes les autres substances présentes dans cet équilibre chimique.

5 Exemple: 500 ml dune solution dacide acétique à 0,10 mol/L possède un pH de 5,2. Quelle est la concentration à léquilibre de chacune des substances. CH3COO - (aq) + H + (aq) Rapport de mol n initial 0,050 mol 0 0 n qui réagit n final [ ] finale [H + ] = ,2 = 6,31 x ,31 x mol/L 3,16 x mol 6,31 x mol/L 0,10 mol/L 3,16 x mol 0,050 mol

6 Loi daction de masse À une température donnée, il existe une relation constante entre les concentrations à léquilibre des produits et des réactifs. (Cato Maximilian Gulberg et Peter Waage, 1864) Peu importe les concentrations initiales, le rapport de concentrations à léquilibre est toujours constant.

7 Expression de la constante déquilibre en fonction des concentrations (K ou K c )

8 Résumé Pour calculer la constante déquilibre: On utilise les concentrations ou les pressions partielles à léquilibre On place les produits au numérateur On place les réactifs au dénominateur On utilise les coefficients de léquation chimique balancée comme exposants.

9 Cas des équilibres hétérogènes: Lorsque les substances présentes dans un équilibre chimique ne sont pas toutes dans la même phase, les solides et les liquides ne font habituellement pas partie de lexpression de la constante déquilibre. (on remplace leur concentration par 1 dans la formule de k)

10 Exemples N 2(g) + O 2(g) 2NO (g) CaCO 3(s) CaO (s) + CO 2(g )

11 Interprétation de la valeur de la constante déquilibre K c >> 1 léquilibre a favorisé la formation de produits K c << 1léquilibre a favorisé la formation de réactifs K c 1léquilibre a favorisé autant la formation de produits que celle de réactifs

12 Valeur de K c par rapport aux équations dune même réaction

13 Valeur de K c par rapport aux équations des réactions directes et inverses

14 Effet de la température sur la valeur de la constante déquilibre Lorsquon modifie la concentration dune substance dans un système à léquilibre, un nouvel équilibre sétablit lorsque le rapport des concentrations (K) redevient le même quil était avant la modification. Cependant, si on modifie la température, dun système à léquilibre, la valeur de la constante K change. Il est donc important de toujours spécifier à quelle température a été établie la valeur de K

15 Exemple de calcul: Sois la réaction suivante: 2COF 2(g) CO 2(g) + CF 4(g). On place 3,8 mol de COF 2(g) dans un contenant de 2,0 L. Lorsque léquilibre est atteint, on remarque quil ny a plus que 1,0 mol de réactif. Quelle est la valeur de la constante déquilibre? 1.On organise les données sous forme de tableau et on complète CO 2(g) + CF 4(g) Rapport de mol n initial 3,8 mol 0 0 n qui réagit n final 1,0 mol [ ] finale 2,8 mol 1,4 mol 0,7 mol 0,5 mol

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17 LES ACIDES ET LES BASES

18 Théorie dArrhenius Selon Arrhenius, Un acide est une substance qui, en solution aqueuse libère des ions H + HCl (g) H + (aq) + Cl - (aq) Une base est une substance qui, en solution aqueuse, libère des ions OH - NaOH (s) Na + (aq) + OH - (aq) Cependant, cette définition ne convient quaux solutions aqueuses et ne permet pas dexpliquer le comportement basique de certaines substances comme le NH 4

19 Théorie de Br Ø nsted-Lowry Selon cette théorie, Un acide est une substance capable de donner un ou plusieurs protons (ions H + ) à une autre substance Une base est une substance capable de recevoir un ou plusieurs protons (ions H + ) provenant dune autre substance Un proton ne pouvant exister seul dans une solution, pour chaque acide, il doit y avoir une base capable de recevoir ce proton.

20 Acide conjugué: base qui a reçu un proton Base conjuguée: acide qui a donné le proton Substance amphotère: substance qui quelques fois agit comme un acide et quelques fois agit comme une base.

21 Constante dionisation de leau (K eau ) Leau est une substance qui se dissocie très faiblement en ions. Lionisation de leau est un processus réversible qui peut atteindre léquilibre. H 2 O (l) H + (aq) + OH - (aq) Lexpression de la constante déquilibre de leau est donc: K eau = [H + ] [OH - ]

22 Puisque le pH de leau pure est de 7, [H + ] = [OH - ] = 1,0 x Donc: K eau = [H + ] [OH - ] K eau = 1,0 x x 1,0 x = 1,0 x

23 Lorsquon ajoute un acide dans leau, on modifie léquilibre de leau en augmentant la concentration en ions H +. À laide du pH et de lexpression de la constante déquilibre de leau, il est possible alors de calculer la concentration en ions H + OH - puisque la constante de leau est toujours de 1,0 x


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