Comment déterminer la composition d'un mélange à l'équilibre ?

Comment déterminer la composition d’un mélange à l’équilibre

Dans une réaction chimique réversible, les réactifs et les produits sont en équilibre constant, où leurs concentrations ne changent pas avec le temps. La composition de ce mélange à l’équilibre est déterminée par la thermodynamique et la cinétique de la réaction.

Constantes de vitesse et constante d’équilibre

La vitesse d’une réaction chimique dans chaque direction est proportionnelle aux concentrations des réactifs impliqués dans cette direction. Ces vitesses sont exprimées par les constantes de vitesse (k) pour la réaction directe (k1) et inverse (k-1), respectivement.

La constante d’équilibre (Keq) est le rapport des constantes de vitesse de la réaction directe et inverse à l’équilibre :

Keq = k1 / k-1

Loi d’action de masse

La loi d’action de masse relie les concentrations des réactifs et des produits à l’équilibre à la constante d’équilibre :

Keq = [Produits] / [Réactifs]

où [Produits] et [Réactifs] représentent les concentrations des produits et des réactifs à l’équilibre, respectivement.

Interprétation de la constante d’équilibre

• Keq > 1 : Les produits sont favorisés à l’équilibre. La réaction se déroule principalement dans le sens direct.
• Keq < 1 : Les réactifs sont favorisés à l’équilibre. La réaction se déroule principalement dans le sens inverse.
• Keq = 1 : Les concentrations des réactifs et des produits sont égales à l’équilibre.

Détermination de la composition du mélange à l’équilibre

Pour déterminer la composition d’un mélange à l’équilibre, les étapes suivantes peuvent être suivies :

1. Déterminez la constante d’équilibre (Keq) à partir des constantes de vitesse ou des données expérimentales.
2. Écrivez l’équation de la loi d’action de masse pour la réaction.
3. Résolvez l’équation de la loi d’action de masse pour trouver les concentrations des réactifs et des produits à l’équilibre.

Exemple

Considérons la réaction réversible suivante :

A + B ⇌ C + D

Supposons que Keq = 10. À l’équilibre, la concentration de C est de 0,5 M. Quelle est la concentration de A ?

En utilisant la loi d’action de masse :

Keq = [C][D] / [A][B]

Comme [D] = [A] (réaction 1:1), nous avons :

10 = (0,5)² / [A][A]

Résolvant pour [A], nous obtenons :

[A] = 0,1 M

Par conséquent, la concentration de A à l’équilibre est de 0,1 M.