La constante d'équilibre

Selon la loi d'action de la masse, à une température donnée, il existe une relation constante entre la concentration des produits et des réactifs à l'équilibre.
L'expression de la constante d'équilibre est écrite en fonction de l'équation de la réaction qui est concernée. Chaque réaction chimique étant différente, les constantes d'équilibre le sont aussi.

La valeur numérique de KC nous renseigne sur les quantités en moles présentes à l’équilibre. Le seul facteur qui influence cette valeur est la température, car un changement de celle-ci influence une seule des vitesses de réaction, par conséquent le rapport entre les concentrations.

Soit l'équation générale aA + bB ↔ cC + dD
||K_{c}=\frac{\left[C\right]^{c}\cdot\left[D\right]^{d}}{\left[A\right]^{a}\cdot\left[B\right]^{b}}||

Kc = représente la constante d'équilibre en des concentrations
[C] et [D] représentent les concentrations des produits
[A] et [B] représentent les concentrations des réactifs
les exposants (lettres minuscules) font référence aux coefficients dans l'équation chimique balancée

1) Le calcul de la constante d’équilibre (Kc) s’effectue uniquement avec les concentrations molaires à l’équilibre des gaz ou des substances en solution aqueuse.

On ne tient donc pas compte des substances à l’état pur, que ce soient des solides ou des liquides, puisque leur concentration correspond à leur masse volumique et que conséquemment, ce sont des valeurs constantes.

2) Aucune unité de mesure n’est attribuée à la constante d’équilibre, car celle-ci changerait en fonction de la nature du système.

Ainsi, une valeur de Kc > 1 signifie que l’on retrouvera une plus grande concentration de produits que de réactifs et que la réaction directe sera favorisée.

Une valeur de Kc < 1 représente une concentration en réactifs plus grande que celle des produits et que la réaction inverse sera favorisée.

Une valeur de Kc égale ou voisine à 1 signifie qu’on a autant de réactifs que de produits et qu'aucune réaction n'est favorisée.

Exemples de calculs avec la constante d'équilibre

Déterminer Kc

Dans un volume de 2L, on retrouve à l'équilibre 8 moles de NH3, 48g de N2 et 10g de H2. Détermine la valeur de Kc dans cette réaction.

1 N2 (g) + 3 H2(g) ↔ 2NH3(g) + énergie

Solution
|K_{c}=\frac{\left[NH_{3(g)}\right]^{2}}{\left[N_{2(g)}\right]\cdot\left[H_{2(g)}\right]^{3}}|


Les quantités en concentrations molaires sont :
|NH_{3}:\frac{8\; moles}{2L}=\frac{4\; moles}{1L}=4,0M|
|N{}_{2}:\frac{48g}{2L}=\frac{24g}{1L}=\frac{24g}{28g/mol\; de\; N_{2}}=0,86M|
|H{}_{2}:\frac{10g}{2L}=\frac{5g}{1L}=\frac{5g}{2g/mol\; de\; H_{2}}=2,5M|

|K_{c}=\frac{[4,0M]^{2}}{[0,86M]\cdot[2,5M]^{3}}=1,19|

 

Soit le système suivant :    2 NH3(g) ↔ 1N2(g) + 3 H2(g)

À une certaine température, on introduit, dans un ballon de 1 L, 20 moles de NH3. On retrouve à l’équilibre 12 moles de H2. Déterminer la valeur de Kc pour ce système.

Solution

Ce genre de problème se déroule en 3 temps, soit au début de la réaction, pendant la réaction et à l’équilibre.

À partir du tableau ci-dessus, on peut déduire que 4 moles de N2 ont été formées, car les rapports stoechiométriques entre le N2 et le H2 sont de 1 : 3. On peut aussi déduire que 8 moles de NH3 ont réagi, car le rapport stoechiométrique entre le NH3 et le H2 est de 2 : 3.

En conséquence, avec les quantités pour 1 L :
                      
                      2 NH3(g)   ↔   1N2(g)   +   3 H2(g)

Au début        20 moles        0 mole        0 mole

Pendant          8 moles         4 moles     12 moles

À l'équilibre     12 moles        4 moles      12 moles

|K_{c}=\frac{[N_{2}]\cdot[H_{2}]^{3}}{[NH_{3}]^{2}}=\frac{[4,0M]\cdot[12,0M]^{3}}{[12,0M]^{2}}=48|

Autres types de constantes utiles

Les exercices

QUESTION 1

L'équation chimique ci-dessous représente un système gazeux en équilibre.

N2O4 (g) <--> 2 NO2 (g)

Dans un ballon de 500 mL, vous introduisez 2,0 mol de N2O4 (g).

Après un certain temps le système atteint un état d'équilibre. Vous notez alors qu'il ne reste plus que 1,2 mol de N2O4 (g).

D'après ces données, calculez la constante d'équilibre de ce système.

RÉPONSE 1

Ce genre de problème comporte 3 situations soit quantités initiales, quantités utilisées et quantités à l'équilibre.

Ainsi l'équation    1 N2O4 (g)     « »     2 NO2 (g)

initiales (0,5 L)    2,0 moles              0 mole

utilisées              0,8 mole

équilibre             1,2 moles           2 (0,8 mole)

concentrations  1,2 moles/0,5L     1,6 moles/0,5 L

Kc = [3,2]2 / [2,4]1

Guy Evans, Allô Prof


Les références

  • MELS
  • Rogers
  • Réunir Réussir
  • Fondation Réussite Jeunesse