Influences de la valeur de la constante de réaction et de l'état initial d'un système sur le taux d'avancement final d'une réaction - Maxicours

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Influences de la valeur de la constante de réaction et de l'état initial d'un système sur le taux d'avancement final d'une réaction

Objectif : Le taux d'avancement final d'une réaction est le rapport entre la réaction qui s'est réellement produite et la théorie qui se base sur l'existence d'un réactif limitant.

Quelles sont les conditions initiales qui favoriseront cet avancement de la réaction dans le sens direct ? En quoi la constante d'équilibre K permet-elle de prévoir le taux d'avancement final de la réaction ?
1. Taux d'avancement final d'une réaction

Le taux d'avancement final, c'est-à-dire à l'équilibre, d'une réaction est le rapport entre l'avancement final expérimental et l'avancement maximal théorique :

a. Réaction d'un acide sur l'eau

Nous pourrions raisonner sur l'équation générale de la réaction d'un acide sur l'eau :

HA + H2O = A- + H3O+.

Mais nous reprendrons plutôt l'exemple de la réaction de l'acide éthanoïque avec l'eau :

CH3COOH + H2O = CH3COO- + H3O+.

Reprenons un tableau d'avancement avec un acide de concentration Ci tel que pour l'acide éthanoïque, par exemple, [CH3COOH]i = Ci :
 
 

 
c. Relation entre les concentrations de différentes espèces chimiques
Relation stoechiométrique entre les produits ou conservation de la charge :

On considère que les produits de la réaction n'ont pas été introduits dans les conditions initiales, donc les quantités de ces ions sont identiques :

[CH3COO-] = [H3O+] en général

et à l'équilibre : 

Relation de conservation des quantités de matière :

On a introduit une certaine quantité d'acide éthanoïque de concentration Ci, sachant qu'une partie s'est transformée en ions éthanoate et que l'autre est restée sous forme CH3COOH.

On obtient la relation suivante, à l'équilibre :

[CH3COOH]i = [CH3COOH]eq + [CH3COO-]eq ;

c'est-à-dire en remplaçant par leurs expressions, les concentrations :

 
d. Relation finale et représentation graphique
 On remplace chaque concentration par son expression dans celle de la constante d'équilibre K :
 

D'après cette relation, le taux d'avancement final est fonction de la constante d'équilibre K et de la concentration initiale de l'acide donc des conditions initiales.

3. Evolution du taux d'avancement final en fonction de la constante d'équilibre K et des conditions initiales

Pour montrer ces évolutions, nous utiliserons la représentation graphique de


 
Cette représentation graphique est croissante entre 0 et 1.

Ainsi lorsque la concentration initiale diminue, le taux d'avancement augmente, ce qui est vérifié par l'expérience :
 

Ce qui signifie que pour le premier cas par exemple, 4 % des réactifs de départ ont réagi seulement.

Expérimentalement pour différents acides à 1.10-3mol.L-1, lorsque K augmente, le taux d'avancement aussi :

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