14.21 Prévision de l’état d’équilibre
215
© Dunod – La photocopie non autorisée est un délit.
d) Dans des conditions d’équilibre, les pressions partielles, et par conséquent, la pression totale,
ne dépendent ni de la quantité de solide, ni du volume. La dissociation se produit jusqu’à ce que
le produit des deux pressions partielles soit égal à K. Mais est-ce possible ici ?
Une seule chose pourrait l’empêcher : qu’il n’y ait pas assez de NH 4 I pour que la pression
atteigne la valeur d’équilibre ; puisque l’équilibre ne pourrait être atteint, tout le solide disparaîtrait. Comment savoir si c’est le cas ?
La pression partielle d’équilibre de NH 3 (ou de HI) est p°(K) 1/2 ϭ 1,3 p°. Il y correspond, dans
le cas présent, une quantité de NH 3 (ou de HI) :
Or on a placé dans le réacteur seulement 0,1 mol d’iodure d’ammonium ; la pression d’équilibre
à 600 K ne peut donc pas être atteinte, et le solide disparaît totalement.
La dissociation totale de 0,1 mol de NH 4 I donne 0,2 mol de gaz (0,1 mol de NH 3 et 0,1 mol de
HI), et la pression totale sera
Elle est effectivement inférieure à la pression d’équilibre (2,6 bar).
Prévision de l’état d’équilibre
Exercice 14.21
On constate que la décomposition du carbonate de calcium dont l’équation
stœchiométrique s’écrit :
CaCO 3 (s) ϭ CaO (s) ϩ CO 2 (g)
ne se produit pas, à l’air libre, sous 1 atm, au-dessous de 500 °C environ.
a) Quelle est l’origine de ce seuil ? Comment peut-on justifier la valeur de
cette température minimale (et le terme « environ » employé à son sujet) ?
b) À partir de quelle température la décomposition à l’air libre du carbonate
de calcium est-elle totale ?
(Les données nécessaires se trouvent dans les Annexes I et J).
Solution
L’application de la loi d’action des masses à cet équilibre conduit à une relation particulièrement
simple :
et, comme pour tous les équilibres, l’absence ou l’existence d’une évolution du système est liée
à l’égalité, ou la non-égalité, entre le quotient de réaction (Q ϭ p CO2 /p) et la constante d’équilibre. L’absence de décomposition au-dessous de 500 °C est équivalente à un déplacement total
n
pV
RT
------ -
1,3.10
5 Pa 5.10
–3 m
3
×
8,314 JK
–1 mol
–1 600 K
×
------------------------------------------------------------ -
0,13 mol
=
=
=
p T
nRT
V
---------0,2 mol 8,314 JK
–1 m
1
×
600 K
×
5.10
–3 m
3
-------------------------------------------------------------------------------1,97 bar
=
=
=
p CO 2
p o
---------- -
K
=
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© Dunod – La photocopie non autorisée est un délit.
d) Dans des conditions d’équilibre, les pressions partielles, et par conséquent, la pression totale,
ne dépendent ni de la quantité de solide, ni du volume. La dissociation se produit jusqu’à ce que
le produit des deux pressions partielles soit égal à K. Mais est-ce possible ici ?
Une seule chose pourrait l’empêcher : qu’il n’y ait pas assez de NH 4 I pour que la pression
atteigne la valeur d’équilibre ; puisque l’équilibre ne pourrait être atteint, tout le solide disparaîtrait. Comment savoir si c’est le cas ?
La pression partielle d’équilibre de NH 3 (ou de HI) est p°(K) 1/2 ϭ 1,3 p°. Il y correspond, dans
le cas présent, une quantité de NH 3 (ou de HI) :
Or on a placé dans le réacteur seulement 0,1 mol d’iodure d’ammonium ; la pression d’équilibre
à 600 K ne peut donc pas être atteinte, et le solide disparaît totalement.
La dissociation totale de 0,1 mol de NH 4 I donne 0,2 mol de gaz (0,1 mol de NH 3 et 0,1 mol de
HI), et la pression totale sera
Elle est effectivement inférieure à la pression d’équilibre (2,6 bar).
Prévision de l’état d’équilibre
Exercice 14.21
On constate que la décomposition du carbonate de calcium dont l’équation
stœchiométrique s’écrit :
CaCO 3 (s) ϭ CaO (s) ϩ CO 2 (g)
ne se produit pas, à l’air libre, sous 1 atm, au-dessous de 500 °C environ.
a) Quelle est l’origine de ce seuil ? Comment peut-on justifier la valeur de
cette température minimale (et le terme « environ » employé à son sujet) ?
b) À partir de quelle température la décomposition à l’air libre du carbonate
de calcium est-elle totale ?
(Les données nécessaires se trouvent dans les Annexes I et J).
Solution
L’application de la loi d’action des masses à cet équilibre conduit à une relation particulièrement
simple :
et, comme pour tous les équilibres, l’absence ou l’existence d’une évolution du système est liée
à l’égalité, ou la non-égalité, entre le quotient de réaction (Q ϭ p CO2 /p) et la constante d’équilibre. L’absence de décomposition au-dessous de 500 °C est équivalente à un déplacement total
n
pV
RT
------ -
1,3.10
5 Pa 5.10
–3 m
3
×
8,314 JK
–1 mol
–1 600 K
×
------------------------------------------------------------ -
0,13 mol
=
=
=
p T
nRT
V
---------0,2 mol 8,314 JK
–1 m
1
×
600 K
×
5.10
–3 m
3
-------------------------------------------------------------------------------1,97 bar
=
=
=
p CO 2
p o
---------- -
K
=