700 Chapitre 26
Équilibre thermodynamique d’un système chimique
Le vapocraquage 26.2 est réalisé industriellement en présence d’un catalyseur d’oxyde de nickel
qu’un dépôt de graphite C(s) lié au craquage direct 26.1 pourrait potentiellement encrasser.
Y a-t-il effectivement risque d’encrassement du catalyseur ?
Étudions le système obtenu précédemment, constitué du mélange gazeux de n CO = 89,4 mol,
n H 2 = 268,2 mol et n CH 4 = n H 2 O = 10,6 mol. Ce système, susceptible de subir la réaction 26.1 de
craquage direct de constante K 1 , est donc caractérisé par le quotient de réaction initial :
Q 0 =
a C (a H 2 )
2
a CH 4
=
n
2
H 2
P
n CH 4 n gaz P ◦
• Si Q 0 < K 1 , le système va évoluer pour que son quotient réactionnel augmente jusqu’à
atteindre K 1 . Pour cela, l’activité des produits de la réaction va augmenter tandis que
l’activité des réactifs va diminuer. L’évolution, si elle a lieu, se fera donc dans le sens direct.
• Si Q 0 > K 1 , le système va évoluer pour que son quotient réactionnel diminue jusqu’à
atteindre K 1 . Pour cela, l’activité des produits de la réaction va diminuer tandis que l’activité
des réactifs va augmenter. L’évolution, si elle a lieu, se fera donc dans le sens indirect.
Numériquement, on trouve Q 0 = 179 > K 1 . L’évolution du système devrait donc se faire dans
le sens indirect, soit dans le sens de la consommation du graphite et non de son dépôt. Il n’y a
donc pas de risque d’encrassement du catalyseur. En outre, en absence de graphite, le système
n’évoluera pas.
Soit un système physico-chimique dans lequel des espèces sont susceptibles de réagir entre
elles par une réaction identifiée.
• Calculer le quotient de réaction à l’état initial Q 0 .
• Comparer Q 0 à K.
• Conclure à :
— une évolution dans le sens direct si Q 0 < K,
— une absence d’évolution si Q 0 = K : l’équilibre est déjà atteint,
— une évolution dans le sens indirect si Q 0 > K.
Méthode 26.2 : Déterminer le sens d’évolution spontanée
Exercice (26.4)
Nous venons de voir que beaucoup d’informations sont issues de raisonnements reposant sur la
constante d’équilibre de la réaction étudiée. Mais cette dernière n’est pas toujours connue.
Comment accéder à la valeur de la constante d’équilibre d’une réaction ?
Intéressons-nous par exemple à la réaction suivante, de constante d’équilibre a priori inconnue :
(26.3) CO 2 (g) + 4 H 2 (g) = CH 4 (g) + 2 H 2 O(g) de constante d’équilibre K 3 =
a CH 4 (a H 2 O )
2
a CO 2 (a H 2 ) 4
Cette méthode d’hydrogénation des composés organiques a été découverte par le chimiste français
Sabatier (prix Nobel en 1912). Elle se fait en présence de catalyseur métallique. Elle est encore
utilisée pour produire de l’eau sur la Station Spatiale Internationale.
partagelivrescpge.blogspot.com
Équilibre thermodynamique d’un système chimique
Le vapocraquage 26.2 est réalisé industriellement en présence d’un catalyseur d’oxyde de nickel
qu’un dépôt de graphite C(s) lié au craquage direct 26.1 pourrait potentiellement encrasser.
Y a-t-il effectivement risque d’encrassement du catalyseur ?
Étudions le système obtenu précédemment, constitué du mélange gazeux de n CO = 89,4 mol,
n H 2 = 268,2 mol et n CH 4 = n H 2 O = 10,6 mol. Ce système, susceptible de subir la réaction 26.1 de
craquage direct de constante K 1 , est donc caractérisé par le quotient de réaction initial :
Q 0 =
a C (a H 2 )
2
a CH 4
=
n
2
H 2
P
n CH 4 n gaz P ◦
• Si Q 0 < K 1 , le système va évoluer pour que son quotient réactionnel augmente jusqu’à
atteindre K 1 . Pour cela, l’activité des produits de la réaction va augmenter tandis que
l’activité des réactifs va diminuer. L’évolution, si elle a lieu, se fera donc dans le sens direct.
• Si Q 0 > K 1 , le système va évoluer pour que son quotient réactionnel diminue jusqu’à
atteindre K 1 . Pour cela, l’activité des produits de la réaction va diminuer tandis que l’activité
des réactifs va augmenter. L’évolution, si elle a lieu, se fera donc dans le sens indirect.
Numériquement, on trouve Q 0 = 179 > K 1 . L’évolution du système devrait donc se faire dans
le sens indirect, soit dans le sens de la consommation du graphite et non de son dépôt. Il n’y a
donc pas de risque d’encrassement du catalyseur. En outre, en absence de graphite, le système
n’évoluera pas.
Soit un système physico-chimique dans lequel des espèces sont susceptibles de réagir entre
elles par une réaction identifiée.
• Calculer le quotient de réaction à l’état initial Q 0 .
• Comparer Q 0 à K.
• Conclure à :
— une évolution dans le sens direct si Q 0 < K,
— une absence d’évolution si Q 0 = K : l’équilibre est déjà atteint,
— une évolution dans le sens indirect si Q 0 > K.
Méthode 26.2 : Déterminer le sens d’évolution spontanée
Exercice (26.4)
Nous venons de voir que beaucoup d’informations sont issues de raisonnements reposant sur la
constante d’équilibre de la réaction étudiée. Mais cette dernière n’est pas toujours connue.
Comment accéder à la valeur de la constante d’équilibre d’une réaction ?
Intéressons-nous par exemple à la réaction suivante, de constante d’équilibre a priori inconnue :
(26.3) CO 2 (g) + 4 H 2 (g) = CH 4 (g) + 2 H 2 O(g) de constante d’équilibre K 3 =
a CH 4 (a H 2 O )
2
a CO 2 (a H 2 ) 4
Cette méthode d’hydrogénation des composés organiques a été découverte par le chimiste français
Sabatier (prix Nobel en 1912). Elle se fait en présence de catalyseur métallique. Elle est encore
utilisée pour produire de l’eau sur la Station Spatiale Internationale.
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