14.12 Principe de Le Chatelier et loi d’action des masses
201
© Dunod – La photocopie non autorisée est un délit.
Exercice 14.12
Si on chauffe le carbure de calcium CaC 2 en présence de diazote, on observe
l’équilibre :
CaC 2 (s) ϩ N 2 (g)
CaCN 2 (s) ϩ C (s) (⌬ r
ϭ – 291 kJ.mol –1 )
À l’air libre, sous la pression de 1 bar, cette réaction donne lieu à un équilibre
à 1 400 °C.
a) Quelle est la valeur de sa constante d’équilibre ?
b) Quelle évolution observerait-on en abaissant la température à 1 300 °C ?
Solution
a) Une difficulté (apparente) provient de l’absence de données numériques directement en relation avec K. Commencez par écrire la loi d’action des masses pour cet équilibre, puis réfléchissez aux conditions dans lesquelles il est réalisé ; vous y trouverez une donnée cachée…
K ϭ
Pour déterminer K, il suffit de connaître la pression partielle du diazote dans la phase gazeuse
avec laquelle les trois solides sont en équilibre. Or, il s’agit de l’air sous la pression totale de
1 bar. La pression partielle du diazote n’est-elle pas dès lors connue?
L’air contient, en volumes donc aussi en quantité, approximativement 80 % de diazote et
20 % de dioxygène. La fraction molaire du diazote y est donc égale à 0,8 et sa pression partielle,
sous une pression totale de 1 bar, est p N2 ϭ 1 bar ϫ 0,8 ϭ 0,8 bar.
Par suite, K ϭ 1 / 0,8 ϭ 1,25.
b) Une variation de température entraîne une modification de K et, connaissant l’enthalpie de la
réaction, on pourrait calculer la valeur de K à 1 300 °C en utilisant la loi de Van’t Hoff.
Mais est-il nécessaire de faire ce calcul pour savoir ce qui va se passer si la température est
abaissée de 100 °C ?
Tout calcul est effectivement inutile ; compte tenu des conditions particulières dans lesquelles la
réaction est effectuée, un raisonnement qualitatif permet d’établir une conclusion quantitative…
Un abaissement de la température doit provoquer un déplacement de l’équilibre dans le sens
exothermique (ici le sens 1) par suite d’une augmentation de la valeur de K. Ce déplacement doit
s’arrêter lorsque le quotient de réaction est devenu égal à la nouvelle valeur de K.
Dans le cas présent, le nouvel équilibre correspondrait à une diminution de p N2 à la suite de
laquelle 1/p N2 serait devenu égal à K 1300 . Ce nouvel état d’équilibre est-il possible ?
Le diazote qui participe à la réaction étant celui de l’air, sa pression partielle ne peut varier. Donc
la réduction de la température, et l’augmentation de K qui en résulte, créent un déséquilibre (Q <
K) que le déplacement dans le sens 1 ne peut faire cesser puisque la valeur de Q est en fait constante (1,25). À 1 300 °C, la réaction devient totale dans le sens 1 (disparition complète de
CaC 2 ).
Exercice 14.13 Principe de Le Chatelier et loi d’action des masses
Pour prévoir une éventuelle évolution d’un système en équilibre, à la suite
d’une modification imposée à la pression totale sous laquelle il se trouve, on
H m
o
1
p N 2 p o
⁄
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Exercice 14.12
Si on chauffe le carbure de calcium CaC 2 en présence de diazote, on observe
l’équilibre :
CaC 2 (s) ϩ N 2 (g)
CaCN 2 (s) ϩ C (s) (⌬ r
ϭ – 291 kJ.mol –1 )
À l’air libre, sous la pression de 1 bar, cette réaction donne lieu à un équilibre
à 1 400 °C.
a) Quelle est la valeur de sa constante d’équilibre ?
b) Quelle évolution observerait-on en abaissant la température à 1 300 °C ?
Solution
a) Une difficulté (apparente) provient de l’absence de données numériques directement en relation avec K. Commencez par écrire la loi d’action des masses pour cet équilibre, puis réfléchissez aux conditions dans lesquelles il est réalisé ; vous y trouverez une donnée cachée…
K ϭ
Pour déterminer K, il suffit de connaître la pression partielle du diazote dans la phase gazeuse
avec laquelle les trois solides sont en équilibre. Or, il s’agit de l’air sous la pression totale de
1 bar. La pression partielle du diazote n’est-elle pas dès lors connue?
L’air contient, en volumes donc aussi en quantité, approximativement 80 % de diazote et
20 % de dioxygène. La fraction molaire du diazote y est donc égale à 0,8 et sa pression partielle,
sous une pression totale de 1 bar, est p N2 ϭ 1 bar ϫ 0,8 ϭ 0,8 bar.
Par suite, K ϭ 1 / 0,8 ϭ 1,25.
b) Une variation de température entraîne une modification de K et, connaissant l’enthalpie de la
réaction, on pourrait calculer la valeur de K à 1 300 °C en utilisant la loi de Van’t Hoff.
Mais est-il nécessaire de faire ce calcul pour savoir ce qui va se passer si la température est
abaissée de 100 °C ?
Tout calcul est effectivement inutile ; compte tenu des conditions particulières dans lesquelles la
réaction est effectuée, un raisonnement qualitatif permet d’établir une conclusion quantitative…
Un abaissement de la température doit provoquer un déplacement de l’équilibre dans le sens
exothermique (ici le sens 1) par suite d’une augmentation de la valeur de K. Ce déplacement doit
s’arrêter lorsque le quotient de réaction est devenu égal à la nouvelle valeur de K.
Dans le cas présent, le nouvel équilibre correspondrait à une diminution de p N2 à la suite de
laquelle 1/p N2 serait devenu égal à K 1300 . Ce nouvel état d’équilibre est-il possible ?
Le diazote qui participe à la réaction étant celui de l’air, sa pression partielle ne peut varier. Donc
la réduction de la température, et l’augmentation de K qui en résulte, créent un déséquilibre (Q <
K) que le déplacement dans le sens 1 ne peut faire cesser puisque la valeur de Q est en fait constante (1,25). À 1 300 °C, la réaction devient totale dans le sens 1 (disparition complète de
CaC 2 ).
Exercice 14.13 Principe de Le Chatelier et loi d’action des masses
Pour prévoir une éventuelle évolution d’un système en équilibre, à la suite
d’une modification imposée à la pression totale sous laquelle il se trouve, on
H m
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p N 2 p o
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