Évolution spontanée d'un système chimique — Cours Chimie Bac STM

Q: Quel est le critère d'évolution spontanée d'un système chimique ?

Le système évolue toujours dans le sens qui rapproche son quotient de réaction Q_r de la constante d'équilibre K : sens direct si Q_r,i K.

Dans le programme du Bac STM

Coefficient 5 en Bac STM. Ce chapitre généralise le critère Q_r/K aux réactions d'oxydoréduction et prépare l'étude des piles. Il éclaire la corrosion des pièces et des structures métalliques et les moyens de s'en protéger.

À l'épreuve

Calculer Q_r,i pour un système d'oxydoréduction, le comparer à K pour prévoir le sens spontané, justifier qu'une réaction de très grande constante est pratiquement totale, faire le lien avec la polarité d'une pile.

Objectifs d'apprentissage

Énoncer le critère d'évolution spontanée (comparaison de Q_r,i à K)
Appliquer ce critère à une réaction d'oxydoréduction
Écrire l'équation d'une réaction redox à partir des deux couples
Interpréter une grande constante d'équilibre (réaction quasi totale)
Faire le lien entre évolution spontanée et fonctionnement d'une pile

Notions clés

Critère d'évolution spontanée

Q_{r,i}<K

→ sens direct ;

Q_{r,i}>K

→ sens inverse ;

Q_{r,i}=K

→ pas d'évolution. Ce critère prévoit le sens, pas la durée.

Application à l'oxydoréduction

Pour une réaction redox, on écrit

Q_r

avec les concentrations des espèces dissoutes (activité des solides et du solvant

=1

), puis on compare à

K

Vers la pile

Une transformation d'oxydoréduction spontanée peut être exploitée dans une pile : demi-réactions dans deux compartiments reliés par un pont salin, transfert d'électrons par un circuit extérieur.

Erreurs fréquentes

Comparer Q_r à 1 au lieu de le comparer à K.

Se tromper de sens : Q_r,i < K signifie qu'il manque des produits, donc sens direct.

Faire figurer les métaux solides dans l'expression de Q_r.

Exemple corrigé

Énoncé

On plonge une lame de zinc dans une solution de nitrate d'argent. Couples

Ag^{+}/Ag

Zn^{2+}/Zn

; la réaction

Zn+2\,Ag^{+}=Zn^{2+}+2\,Ag

a pour constante

K=10^{52}

. Initialement

[Ag^{+}]=[Zn^{2+}]=0{,}10\ \text{mol/L}

. Calculer

Q_{r,i}

et prévoir l'évolution.

Correction

Quotient de réaction. Les métaux étant solides :

Q_r=\dfrac{[Zn^{2+}]}{[Ag^{+}]^{2}}

État initial.

Q_{r,i}=\dfrac{0{,}10}{(0{,}10)^{2}}=\dfrac{0{,}10}{0{,}010}=10

Comparaison.

Q_{r,i}=10\ll K=10^{52}

: évolution spontanée dans le sens direct.

Interprétation. Le zinc est oxydé (

Zn\to Zn^{2+}+2e^{-}

), les ions

Ag^{+}

sont réduits (dépôt d'argent métallique sur la lame).

Le cours, puis l'entraînement.

Orka génère des exercices illimités et des examens blancs corrigés sur tout le programme de Physique-Chimie du Bac STM, avec un suivi de ta progression chapitre par chapitre.

Continue gratuitement sur Orka

3 exercices pour t'entraîner

Exercice 1

Facile

Un système a

Q_{r,i}=5{,}0\times10^{3}

K=2{,}0\times10^{6}

. Dans quel sens évolue-t-il spontanément ?

Voir la correction

Q_{r,i}<K

: le système évolue dans le sens direct.

Exercice 2

Moyen

Écrire l'équation de la réaction entre l'aluminium (couple

Al^{3+}/Al

) et les ions

H^{+}

(couple

H^{+}/H_2

Voir la correction

Al\to Al^{3+}+3\,e^{-}

(×2) et

2\,H^{+}+2\,e^{-}\to H_2

(×3). Bilan :

2\,Al+6\,H^{+}\to 2\,Al^{3+}+3\,H_2

Exercice 3

Difficile

Pour

Zn+2\,Ag^{+}=Zn^{2+}+2\,Ag

(

K=10^{52}

), on part de

[Ag^{+}]_i=1{,}0\times10^{-2}\ \text{mol/L}

[Zn^{2+}]_i=1{,}0\ \text{mol/L}

. Calculer

Q_{r,i}

, prévoir le sens, puis justifier que la réaction est pratiquement totale.

Voir la correction

Q_{r,i}=\dfrac{[Zn^{2+}]}{[Ag^{+}]^{2}}=\dfrac{1{,}0}{(1{,}0\times10^{-2})^{2}}=1{,}0\times10^{4}

Q_{r,i}=10^{4}\ll K=10^{52}

: sens direct. À l'équilibre,

Q_r=K=10^{52}

imposerait un

[Ag^{+}]

résiduel de l'ordre de

\sqrt{[Zn^{2+}]/K}\approx 10^{-26}\ \text{mol/L}

: négligeable. La réaction consomme la quasi-totalité des ions

Ag^{+}

: elle est pratiquement totale.

Va plus loin sur ce chapitre

50+ exercices interactifs sur ce chapitre

Générés et corrigés étape par étape par l’IA, à ton niveau.

Connexion requise

Quiz IA adaptatif

Questions qui s’ajustent automatiquement à tes réussites et erreurs.

Connexion requise

Corrigés d’annales sur ce chapitre

Sujets d’examens nationaux et régionaux déjà tombés.

Connexion requise

Plan de révision personnalisé

Priorise ce chapitre selon ta progression réelle sur toute la filière.

Premium

Flashcards du chapitre

Formules et définitions clés en mode révision rapide.

Premium

Tuteur IA en Darija

Pose tes questions sur ce chapitre et obtiens une explication immédiate.

Premium

Questions fréquentes

Quel est le critère d'évolution spontanée d'un système chimique ?

Le système évolue toujours dans le sens qui rapproche son quotient de réaction Q_r de la constante d'équilibre K : sens direct si Q_r,i < K, sens inverse si Q_r,i > K.

Comment appliquer ce critère à une réaction d'oxydoréduction ?

On écrit l'équation redox à partir des deux couples, on exprime Q_r avec les concentrations des ions (les métaux solides comptent pour 1), on calcule Q_r,i et on le compare à K.

Le critère d'évolution renseigne-t-il sur la vitesse de la réaction ?

Non. Il indique seulement le sens de l'évolution. Une réaction spontanée peut être très lente : c'est le cas de la corrosion de la plupart des métaux à l'air.