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Interrogation — Ch06 : Prévoir l'état final, équilibre chimique

Terminale générale | Physique-Chimie | Durée : 15 min | /20

Dernière mise à jour : 21 octobre 2026, 11:05

Nom : Prénom : Classe : Date : Note : / 20

Exercice 1 — Quotient de réaction (5 pts)

On considère en solution aqueuse la réaction d'équation :

\(Fe^{2+}(aq) + Ag^{+}(aq) \rightleftarrows Fe^{3+}(aq) + Ag(s)\)

  1. Écris l'expression du quotient de réaction \(Q_r\) (concentrations rapportées à \(c^0 = 1\) mol·L\(^{-1}\) ; on pourra écrire l'expression avec les concentrations seules). (2,5 pts)
  2. Pourquoi le solide \(Ag(s)\) n'apparaît-il pas dans l'expression de \(Q_r\) ? (1,5 pt)
  3. Que devient \(Q_r\) lorsque le système atteint l'état d'équilibre ? (1 pt)

a) \(Q_r = \dfrac{[Fe^{3+}]}{[Fe^{2+}]\,[Ag^{+}]}\) (chaque concentration étant divisée par \(c^0=1\) mol·L\(^{-1}\), \(Q_r\) est sans dimension). (2,5 pts)

b) Les solides (et le solvant) n'interviennent pas dans \(Q_r\) : leur « activité » vaut 1. (1,5 pt)

c) À l'équilibre, le quotient de réaction prend la valeur de la constante d'équilibre : \(Q_{r,éq} = K\). (1 pt)

Exercice 2 — Sens d'évolution spontané (8 pts)

Pour la réaction de l'exercice 1, la constante d'équilibre vaut \(K = 3{,}2\) à 25 °C. On mélange des solutions de sorte que l'état initial soit :

Espèce\(Fe^{2+}\)\(Ag^{+}\)\(Fe^{3+}\)\(Ag(s)\)
État initial\(0{,}10\) mol·L\(^{-1}\)\(0{,}10\) mol·L\(^{-1}\)\(0{,}20\) mol·L\(^{-1}\)présent
  1. Calcule le quotient de réaction initial \(Q_{r,i}\). (3 pts)
  2. Énonce le critère d'évolution spontanée (comparaison \(Q_r\) / \(K\)). (2,5 pts)
  3. Dans quel sens ce système évolue-t-il ? Justifie. (2,5 pts)

a) \(Q_{r,i} = \dfrac{[Fe^{3+}]_i}{[Fe^{2+}]_i\,[Ag^{+}]_i} = \dfrac{0{,}20}{0{,}10 \times 0{,}10} = 20\). (3 pts)

b) Si \(Q_r < K\) : évolution spontanée dans le sens direct (\(Q_r\) augmente vers \(K\)) ; si \(Q_r > K\) : sens indirect (inverse) ; si \(Q_r = K\) : le système est à l'équilibre, pas d'évolution. (2,5 pts)

c) \(Q_{r,i} = 20 > K = 3{,}2\) : le système évolue dans le sens indirect (formation de \(Fe^{2+}\) et \(Ag^{+}\), consommation de \(Fe^{3+}\) et \(Ag\)), jusqu'à ce que \(Q_r = K\). (2,5 pts)

Exercice 3 — Taux d'avancement final (7 pts)

Une solution d'acide éthanoïque (vinaigre dilué) de concentration apportée \(c = 1{,}0\times10^{-2}\) mol·L\(^{-1}\) a un pH de 3,4 à 25 °C. La réaction avec l'eau s'écrit :

\(CH_3COOH + H_2O \rightleftarrows CH_3COO^- + H_3O^+\)

  1. Définis le taux d'avancement final \(\tau\) d'une transformation. (2 pts)
  2. Calcule \([H_3O^+]_f\), puis \(\tau\) (on admettra \(x_{max} = c \cdot V\)). (3,5 pts)
  3. Cette transformation est-elle totale ? Conclis sur la force de l'acide éthanoïque. (1,5 pt)

a) \(\tau = \dfrac{x_f}{x_{max}}\) : rapport de l'avancement final sur l'avancement maximal. \(\tau = 1\) pour une transformation totale, \(\tau < 1\) pour une transformation non totale. (2 pts)

b) \([H_3O^+]_f = 10^{-pH} = 10^{-3{,}4} \approx 4{,}0\times10^{-4}\) mol·L\(^{-1}\). \(\tau = \dfrac{x_f}{x_{max}} = \dfrac{[H_3O^+]_f}{c} = \dfrac{4{,}0\times10^{-4}}{1{,}0\times10^{-2}} = 4{,}0\times10^{-2} = 4{,}0\,\%\). (3,5 pts)

c) \(\tau \ll 1\) : la transformation est non totale (état d'équilibre). L'acide éthanoïque est un acide faible dans l'eau. (1,5 pt)

Total : 5 + 8 + 7 = 20 points.