Constante d'équilibre
Physique-Chimie Terminale
Définition
La constante d'équilibre $K$ caractérise l'état final d'un système chimique siège d'une transformation non totale. Elle s'exprime à partir du quotient de réaction $Q_r$ calculé à l'équilibre, et ne dépend que de la température. Plus $K$ est grand, plus la réaction est favorisée dans le sens direct ; une réaction est considérée comme totale lorsque $K \gg 10^4$.
Formule
$$K = Q_{r,\text{éq}} = \frac{[\text{C}]_{\text{éq}}^{\,c}\,[\text{D}]_{\text{éq}}^{\,d}}{[\text{A}]_{\text{éq}}^{\,a}\,[\text{B}]_{\text{éq}}^{\,b}}\quad\text{pour}\quad a\,\text{A}+b\,\text{B}=c\,\text{C}+d\,\text{D}$$
Exemple corrigé
Énoncé
Pour la réaction $\text{A} = \text{B}$, on introduit $A$ à la concentration initiale $0{,}10\ \text{mol·L}^{-1}$. À l'équilibre, $[\text{B}]_{\text{éq}} = 0{,}040\ \text{mol·L}^{-1}$. Déterminer la constante d'équilibre $K$.
Solution
À l'équilibre, la conservation de la matière donne :
$$[\text{A}]_{\text{éq}} = 0{,}10 - 0{,}040 = 0{,}060\ \text{mol·L}^{-1}$$
Le quotient de réaction à l'équilibre vaut, pour $\text{A} = \text{B}$ :
$$K = \frac{[\text{B}]_{\text{éq}}}{[\text{A}]_{\text{éq}}} = \frac{0{,}040}{0{,}060}$$
On obtient :
$$\boxed{K \approx 0{,}67}$$
Comme $K < 1$, l'équilibre est légèrement déplacé en faveur du réactif $\text{A}$.
Erreurs classiques
- Oublier que les concentrations utilisées sont celles à l'équilibre (et non les concentrations initiales).
- Faire intervenir les solides ou le solvant dans l'expression de $K$ : seules les espèces dissoutes (ou gazeuses) apparaissent, divisées par la concentration de référence $c^\circ = 1\ \text{mol·L}^{-1}$.
Pour aller plus loin : le chapitre « Évolution spontanée et équilibre chimique » (cours et exercices corrigés).