QCM N° 06 évolution spontanée d'un système chimique

QCM N° 06 évolution spontanée d'un système chimique

QCM. N° 06

Évolution spontanée d’un système chimique.

QCM N° 06 Évolution spontanée d’un système chimique AIDE Pour chaque question, indiquer la (ou les) bonne(s) réponse(s).
	Énoncé	A	B	C	R
1	Soit la réaction d’équation : Pb²⁺ (aq) + 2 I^– (aq) → PbI₂ (s). Les quantités de matière à l’état initial sont : n₀ (Pb²⁺) = 0,10 mol et n₀ (I^–) = 0,15 mol. Le (ou les) réactif(s) (s) est (sont) :	Pb²⁺ (aq)	I^– (aq)	Pb²⁺ (aq) Et I^- (aq)	B
2	L’expression du taux d’avancement final τ est :				B
3	Pour une transformation non totale, le taux d’avancement final τ est :	Strictement inférieur à 1	Égal à 1	Strictement supérieur à 1	A
4	Le taux d’avancement final τ d’une réaction totale est :	τ = 1	τ = 0,50	τ = 0,99	AC
5	Le quotient de réaction de l’équation : Fe³⁺ (aq) + 3 HO^–(aq) → Fe (OH)₃(s)	[Fe³⁺] + 3 [HO^-]	[Fe³⁺]×[HO^–]³		C
6	La constante d’équilibre d’une transformation chimique dépend :	Du sens d’écriture de la transformation	De la température	Des quantités initiales de matière des réactifs	AB
7	Une transformation est modélisée par une réaction dont le quotient de réaction Q_r,i à l’état initial est supérieur à sa constante d’équilibre K (T). Le système subissant cette transformation :	Évolue dans le sens direct	N’évolue pas	Évolue dans le sens indirect	C
8	Connaissant le nombre N d’électrons traversant la section d’un fil pendant la durée Δt, l’intensité I du courant électrique continu vaut :				A
9	Dans une pile, le transfert d’électrons se fait par :	Contact entre les réactifs	Un circuit électrique extérieur	Contact entre les produits	B
10	Dans une pile, l’électrode où a lieu la réduction est :	Le lieu où les électrons sont consommés	Le lieu d’où sortent les électrons quand la pile débite	Le pôle négatif de la pile	A

QCM réalisé avec le logiciel Questy

Pour s’auto-évaluer

Réactif limitant :

- L’avancement maximal : x_max.

- L’avancement maximal x_max correspond à la plus petite valeur de l’avancement pour laquelle la quantité finale de l’un au moins des réactifs est nulle.

- Ce réactif est alors appelé : réactif limitant.

- Cas de la réaction considérée :

Pb²⁺ (aq) + 2 I^– (aq) → PbI₂ (s).

- Tableau d’avancement :

Équation chimique	Pb²⁺ (aq) + 2 I^– (aq) → PbI₂ (s)
Espèces chimiques	Pb²⁺ (aq)	I^– (aq)		PbI₂ (s)
Quantité de matière	n₀ (Pb²⁺) = 0,10 mol	n₀ (I^–) = 0,15 mol		n (PbI₂)
Coefficients stœchiométriques	1	2		1

- Pour connaître le réactif limitant, il faut comparer les quantités :

- commentaire 01

- commentaire 02

- L’ion I^- (aq) est le réactif limitant.

- En fin de réaction, il reste des ions Pb²⁺ (aq).

- Les ions Pb²⁺ (aq) sont en excès.

Taux d’avancement d’une réaction chimique :

- Le taux d’avancement final d’une réaction, noté τ (tau), est le quotient de l’avancement final par l’avancement maximal :


τ (tau)	Taux d’avancement final (sans unité)
x_f	Avancement final (mol)
x_max	Avancement maximal (mol)

Transformation non totale et totale :

- Le taux d’avancement final τ permet de qualifier une réaction chimique.

- Si τ = 0, la réaction n’a pas lieu.

- Pour une réaction totale : τ = 1 car x_f = x_max

- Pour une réaction non totale : 0 < τ < 1 car x_f < x_max

- On peut exprimer cette grandeur en pourcentage.

Quotient de réaction :

- Considérons la réaction chimique non totale suivante :

a . A (aq) + b . B (aq) c . C (aq) + d . D (aq)

- Par définition, le quotient de réaction Q_r de cette réaction s’écrit :


Q_r	Quotient de réaction (sans unité)
[C] et [D]	Concentration des produits (mol . L^–1)
[A] et [B]	Concentration des réactifs (mol . L^–1)
C⁰	Concentration standard : C⁰ = 1,0 mol . L^–1

- Pour simplifier l’expression, on omet de mettre la concentration standard C⁰.

qquotient de réaction simplifié

- Mais, il ne faut pas oublier que le quotient de réaction est une grandeur sans unité qui caractérise un système chimique dans un état donné :

- Par convention, l’eau, solvant, n’intervient pas dans l’écriture de l’expression de Q_r (même s’il intervient dans l’équation de la réaction).

- Les espèces chimiques solides n’apparaissent pas dans l’expression du quotient de réaction.

- Cas de la réaction :

Fe³⁺ (aq) + 3 HO^– (aq) → Fe (OH)₃ (s)

commentaire

Constante d’équilibre :

- Dans l’état d’équilibre d’un système, le quotient de réaction Q_r,éq prend une valeur qui ne dépend pas de l’état initial.

- La valeur de Q_r,éq est indépendante de la composition initiale.

- Cette valeur ne dépend que de la température.

- Elle est appelée constante d’équilibre et on la note K.

K = Q_r,éq

- La valeur de la constante d’équilibre nous renseigne sur la nature de la réaction chimique.

- Si K ≥ 10⁴ la transformation chimique est quasi-totale (on dit aussi totale).

- Si K ≈ 1 la transformation chimique est équilibrée.

- Si K ≤ 10^–4 la transformation chimique est très limitée.

- Si la disparition d’un réactif intervient alors que la valeur du quotient de réaction Q_r, n’a pas atteint la valeur de K, la réaction est totale.

Sens d’évolution d’une transformation chimique :

- Système chimique hors d’équilibre :

- Tout système chimique, hors d’équilibre, évolue spontanément vers un état d’équilibre.

- À une température donnée, la comparaison du quotient de réaction dans l’état initial, Q_r,i à la constante d’équilibre K permet de prévoir le sens d’évolution spontanée du système chimique.

- Considérons la réaction suivante avec la terminologie associée :

Sens direct

K

a A (aq)

+

b B (aq)

c C (aq)

+

d D (aq)

Sens inverse

- Premier cas :

- Si le quotient de réaction initial Q_r,i est égal à la constante d’équilibre K,

- soit Q_r,i = K, le système est déjà à l’équilibre.

- Il n’évolue pas.

- Deuxième cas :

- Si le quotient de réaction initial Q_r,i est inférieur à la constante d’équilibre K,

- soit Q_r,i < K,

- Le système chimique évolue spontanément vers un état d’équilibre.

- Il évolue dans le sens direct de l’écriture de l’équation de la réaction.

- Troisième cas :

- Si le quotient de réaction initial Q_r,i est supérieur à la constante d’équilibre K,

- soit Q_r,i > K, le système chimique évolue spontanément vers un état d’équilibre.

- Il évolue dans le sens inverse de l’écriture de l’équation de la réaction.

sens réaction

Intensité d’un courant électrique :

- Capacité électrique d’une pile :

Q_max = n (e^–)_max . N_A . e
Q_max	Capacité électrique de la pile (coulomb : C)
n (e^–)_max	Quantité maximale d’électrons échangés (mol)
N_A	Nombre d’Avogadro (mol^–1) N_A = 6,02 × 10²³ mol^–1
e	Charge élémentaire (coulomb : C) e = 1,60 × 10^–19 C

- La capacité électrique d’une pile est la charge électrique maximale Q_max que la pile peut débiter durant sa durée de vie.

- La quantité maximale n (e^–)_max d’électrons échangés se détermine à partir de la quantité du réactif limitant.

- Il ne faut pas confondre la capacité électrique d’une pile Q_max avec le quotient de réaction Q_r d’une réaction chimique.

-

Fonctionnement d’une pile :

- Cas de la pile zinc-cuivre :

Schéma de la pile Daniell

ou

Réaction aux électrodes d’une pile :

- Le pôle – de la pile est le siège d'une oxydation (les électrons sont cédés),

- On l'appelle l'anode.

- Le pôle + de la pile est le siège d'une réduction (les électrons sont captés),

- On l'appelle la cathode.

- L’équation de la réaction de fonctionnement de la pile est établie en combinant des deux réactions électrochimiques aux électrodes