14.2 Superposition de deux équilibres chimiques
193
© Dunod – La photocopie non autorisée est un délit.
Peut-on l’appliquer au niveau microscopique, par exemple pour une réaction
pouvant se produire dans les deux sens et se réalisant à partir d’un petit
nombre de molécules, ou même une seule molécule de chaque réactif ?
Solution
■ La question posée renvoie à celle-ci : quelle observation expérimentale fait dire
qu’une réaction est possible dans les deux sens et conduit à un équilibre chimique ? La
même observation pourrait-elle être faite à propos d’une réaction mettant en jeu une
seule molécule de chaque réactif ?
On dit qu’on est parvenu à un état d’équilibre chimique si la réaction conduit à un mélange dans
lequel sont présents à la fois les réactifs initiaux (non entièrement consommés) et les produits, et
dont la composition ne varie pas dans le temps. Est-ce possible si, initialement, n’est présente
qu’une seule molécule de chaque réactif ?
Prenons un exemple : H 2 ϩ Cl 2
2 HCl. Une réaction entre une molécule H 2 et une molécule
Cl 2 ne peut pas conduire à la situation caractéristique d’un équilibre chimique : si elle a lieu, il se
forme obligatoirement deux molécules HCl en même temps, et il ne reste plus ni H 2 ni Cl 2 . Si,
ensuite, la réaction opposée a lieu, les deux molécules HCl disparaissent pour donner une molécule H 2 et une molécule Cl 2 ; la réaction ne peut pas être partielle.
Un état d’équilibre ne peut être défini que statistiquement, pour un système comportant un très
grand nombre de molécules. Les grandeurs dont il dépend (H, S, G, p, T…) sont par nature
macroscopiques et n’ont une valeur définie que pour un très grand nombre de molécules (pensez,
par exemple, à la pression ou à la température, qui sont en relation avec l’énergie cinétique
moyenne des molécules d’un gaz).
La notion d’équilibre chimique n’a pas de sens au niveau microscopique.
Exercice 14.2 Superposition de deux équilibres chimiques
Après avoir laissé s’établir l’équilibre H 2 (g) ϩ I 2 (g)
2 HI (g), de telle
sorte que la composition du mélange des trois gaz ne varie plus dans le temps,
on y introduit du deutérium D 2 gazeux (le deutérium D est l’isotope de masse
2 de l’hydrogène, et D 2 a pratiquement les mêmes propriétés chimiques que
H 2 ).
Après un certain temps, on peut mettre en évidence que le mélange gazeux
contient aussi de l’iodure de deutérium DI et des molécules mixtes HD. Que
prouve cette observation ?
Solution
Dans le réacteur coexistent les trois gaz (H 2 , I 2 et HI) du fait de l’équilibre.
H 2 (g) ϩ I 2 (g)
2 HI (g)
Lorsqu’on ajoute du deutérium, celui-ci réagit avec I 2 de la même façon que le fait H 2 . Il s’établit
un autre équilibre :
D 2 (g) ϩ I 2 (g)
2 DI (g)
On peut penser que les molécules formées peuvent aussi réagir entre elles :
HI (g) ϩ DI (g)
HD (g) ϩ I 2 (g)
Æ
Æ
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© Dunod – La photocopie non autorisée est un délit.
Peut-on l’appliquer au niveau microscopique, par exemple pour une réaction
pouvant se produire dans les deux sens et se réalisant à partir d’un petit
nombre de molécules, ou même une seule molécule de chaque réactif ?
Solution
■ La question posée renvoie à celle-ci : quelle observation expérimentale fait dire
qu’une réaction est possible dans les deux sens et conduit à un équilibre chimique ? La
même observation pourrait-elle être faite à propos d’une réaction mettant en jeu une
seule molécule de chaque réactif ?
On dit qu’on est parvenu à un état d’équilibre chimique si la réaction conduit à un mélange dans
lequel sont présents à la fois les réactifs initiaux (non entièrement consommés) et les produits, et
dont la composition ne varie pas dans le temps. Est-ce possible si, initialement, n’est présente
qu’une seule molécule de chaque réactif ?
Prenons un exemple : H 2 ϩ Cl 2
2 HCl. Une réaction entre une molécule H 2 et une molécule
Cl 2 ne peut pas conduire à la situation caractéristique d’un équilibre chimique : si elle a lieu, il se
forme obligatoirement deux molécules HCl en même temps, et il ne reste plus ni H 2 ni Cl 2 . Si,
ensuite, la réaction opposée a lieu, les deux molécules HCl disparaissent pour donner une molécule H 2 et une molécule Cl 2 ; la réaction ne peut pas être partielle.
Un état d’équilibre ne peut être défini que statistiquement, pour un système comportant un très
grand nombre de molécules. Les grandeurs dont il dépend (H, S, G, p, T…) sont par nature
macroscopiques et n’ont une valeur définie que pour un très grand nombre de molécules (pensez,
par exemple, à la pression ou à la température, qui sont en relation avec l’énergie cinétique
moyenne des molécules d’un gaz).
La notion d’équilibre chimique n’a pas de sens au niveau microscopique.
Exercice 14.2 Superposition de deux équilibres chimiques
Après avoir laissé s’établir l’équilibre H 2 (g) ϩ I 2 (g)
2 HI (g), de telle
sorte que la composition du mélange des trois gaz ne varie plus dans le temps,
on y introduit du deutérium D 2 gazeux (le deutérium D est l’isotope de masse
2 de l’hydrogène, et D 2 a pratiquement les mêmes propriétés chimiques que
H 2 ).
Après un certain temps, on peut mettre en évidence que le mélange gazeux
contient aussi de l’iodure de deutérium DI et des molécules mixtes HD. Que
prouve cette observation ?
Solution
Dans le réacteur coexistent les trois gaz (H 2 , I 2 et HI) du fait de l’équilibre.
H 2 (g) ϩ I 2 (g)
2 HI (g)
Lorsqu’on ajoute du deutérium, celui-ci réagit avec I 2 de la même façon que le fait H 2 . Il s’établit
un autre équilibre :
D 2 (g) ϩ I 2 (g)
2 DI (g)
On peut penser que les molécules formées peuvent aussi réagir entre elles :
HI (g) ϩ DI (g)
HD (g) ϩ I 2 (g)
Æ
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