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14.5:

Quotient de réaction

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Reaction Quotient

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L’expression de la constante d’équilibre est exprimée par les concentrations molaires des produits C et D, par rapport aux réactifs, A et B, à l’équilibre, chacune étant élevée à son coefficient stœchiométrique respectif. Une fois résolue, l’expression est égale à la constante de l’équilibre, Kc.Une expression sous la même forme peut également être écrite pour les réactifs et les produits à toute concentration, et la quantité calculée est connue comme quotient de réaction, Qc.Comme Qc, l’expression Qp peut être écrit pour des réactions gazeuses utilisant des pressions partielles. Alors que K reste constant à une température spécifique quelle que soit la concentration, la valeur de Q change au fur et à mesure que la réaction se déroule avec les produits ou les réactifs.Le quotient de réaction peut être utilisé pour déterminer la direction dans laquelle une réaction se déroulera dans l’ordre pour atteindre l’équilibre. Au début d’une réaction donnée, si la concentration des produits est nulle, le quotient de réaction est nul. Chaque fois que la concentration des réactifs dans le dénominateur est élevée, de sorte que Q est plus petit que K, la réaction se déplacera vers la droite pour synthétiser plus de produits jusqu’à ce que le système atteigne l’équilibre.Si la concentration des réactifs est nulle, le quotient de réaction est infini. Chaque fois que la concentration des produits dans le numérateur est élevée, tel que Q est plus grand que K, la réaction se déplacera vers la gauche pour produire plus de réactifs. Si Q est égal à K, le système est à l’équilibre, et le taux des réactions directes et inverses est égal.Considérons la réaction donnée avec une constante d’équilibre 50. Si le mélange réactionnel contient 0, 20 molaire d’hydrogène, 0, 20 molaire d’iode et 1, 7 molaire d’iodure d’hydrogène, la direction de la réaction indiquée peut être déterminée en calculant Q.Substituer les concentrations données dans l’expression, Q égal à 72, qui est supérieur à K.Par conséquent, la réaction se déplacera vers la gauche.

14.5:

Quotient de réaction

L’état d’une réaction réversible est estimé en évaluant son quotient réactionnel (Q). Pour une réaction réversible décrite par m A + n B ⇌ x C + y D, le quotient de la réaction est déduit directement à partir de la stœchiométrie de l’équation équilibrée comme

Eq1

où l’indice c indique l’utilisation de concentrations molaires dans l’expression. Si les réactifs et les produits sont gazeux, un quotient réactionnel peut être déduit de la même façon en utilisant des pressions partielles :

Eq2

Notez que les équations du quotient réactionnel ci-dessus sont une simplification des expressions plus rigoureuses qui utilisent des valeurs relatives pour les concentrations et les pressions plutôt que des valeurs absolues. Ces valeurs relatives de la concentration et de la pression sont sans dimension (elles n’ont pas d’unités) ; par conséquent, les quotients réactionnels le sont aussi.

La valeur numérique de Q varie au fur et à mesure qu’une réaction se poursuit vers l’équilibre ; elle peut donc servir d’indicateur utile de l’état de la réaction. Pour illustrer ce point, considérez l’oxydation du dioxyde de soufre :

Eq3

Deux scénarios expérimentaux différents sont possibles ici, l’un dans lequel cette réaction est initiée avec un mélange de réactifs seulement, SO2 et O2, et un autre qui commence avec seulement du produit, SO3. Pour la réaction qui commence par un mélange de réactifs uniquement, Q est initialement égal à zéro :

Eq4

À mesure que la réaction se dirige vers l’équilibre dans le sens direct, les concentrations de réactifs diminuent (tout comme le dénominateur de Qc), la concentration du produit augmente (tout comme le numérateur de Qc) et le quotient de la réaction, par conséquent, augmente. Lorsque l’équilibre est atteint, les concentrations des réactifs et du produit restent constantes, tout comme la valeur de Qc.

Si la réaction commence avec seulement du produit présent, la valeur de Qc est initialement indéfinie (infiniment grande ou infinie) :

Eq5

Dans ce cas, la réaction se poursuit vers l’équilibre dans la direction inverse. La concentration du produit et le numérateur de Qc diminuent avec le temps, les concentrations des réactifs et le dénominateur de Qc augmentent, et le quotient de la réaction diminue par conséquent jusqu’à ce qu’il devienne constant à l’équilibre. La valeur constante de Q qu’affiche un système à l’équilibre est appelée la constante d’équilibre, K :

Eq6

Évaluation d’un quotient réactionnel

Le dioxyde d’azote gazeux forme du tétraoxyde de diazote selon cette équation :

Eq7

Lorsque 0,10 mol de NO2 est ajouté à une fiole de 1,0 L à 25 °C, la concentration change de sorte qu’à l’équilibre, [NO2] = 0,016 M et [N2O4] = 0,042 M. Avant la formation d’un produit, [NO2] = 0,10 M et [N2O4] = 0 M. Ainsi,

Eq8

À l’équilibre,

Eq9

Ce texte a été adapté de Openstax, Chimie 2e, Section 13.2 Constantes d’équilibre.

Suggested Reading

  1. Lederer, Robert. "The Reaction Quotient Is Unnecessary To Solve Equilibrium Problems: No Problems with Q." Journal of Chemical Education 82, no. 8 (2005): 1149. https://pubs.acs.org/doi/pdf/10.1021/ed082p1149.2