physique-chimie (terminale) · Chapitre 2 · Application directe du cours

Un système est-il à l'équilibre ?

Évolution d'un système chimique vers l'état d'équilibre · niveau 1 (application)

Énoncé

Un système est-il à l'équilibre ?.

La solution de Lugol, utilisée comme désinfectant, contient du diiode et des ions iodure qui forment l'ion triiodure selon :

$I X_{2} + I X^{-} I X_{3} X^{-}, K = 7, 0 \times 1 0^{2} a ˋ 25^{\circ} C$

Dans un flacon, on mesure $[I X_{2}] = 2, 0 \times 1 0^{- 3} mol \cdot L^{- 1}$ , $[I X^{-}] = 5, 0 \times 1 0^{- 3} mol \cdot L^{- 1}$ et $[I X_{3} X^{-}] = 7, 0 \times 1 0^{- 3} mol \cdot L^{- 1}$ .

Donner l'expression du quotient de réaction $Q_{r}$ et calculer sa valeur.
Le système est-il à l'équilibre ? Justifier.
On ajoute alors quelques cristaux d'iodure de potassium, qui augmentent $[I X^{-}]$ sans modifier le volume. Dans quel sens le système évolue-t-il ?

Corrigé

1. Toutes les espèces sont dissoutes et les coefficients stœchiométriques valent $1$ :

$Q_{r} = \frac{[ I X _{3} X ^{-} ]}{[ I X _{2} ] [ I X ^{-} ]} = \frac{7 , 0 \times 1 0 ^{- 3}}{2 , 0 \times 1 0 ^{- 3} \times 5 , 0 \times 1 0 ^{- 3}} = \frac{7 , 0 \times 1 0 ^{- 3}}{1 , 0 \times 1 0 ^{- 5}} = 7, 0 \times 1 0^{2}$

2. On trouve $Q_{r} = 7, 0 \times 1 0^{2} = K$ : le système est à l'équilibre. Sa composition macroscopique n'évolue plus, bien que les réactions directe et inverse se poursuivent à vitesses égales (équilibre dynamique).

3. L'ajout d'ions iodure augmente $[I X^{-}]$ , qui figure au dénominateur : $Q_{r}$ diminue et devient inférieur à $K$ . Le système évolue donc dans le sens direct, celui de la formation de l'ion triiodure $I X_{3} X^{-}$ , jusqu'à ce que $Q_{r}$ soit de nouveau égal à $K$ .

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