Exercices sur l’État d’Équilibre
2ème BAC Sciences Mathématiques SMA
Exercice 1 : Identification d’équilibre
Parmi ces systèmes, lesquels sont en état d’équilibre dynamique ?
- Un verre d’eau avec de la glace à 0°C
- La combustion complète du méthane
- H2O(l) ⇌ H+(aq) + OH–(aq)
Solution :
a) Oui (fusion ⇌ solidification)
b) Non (réaction totale)
c) Oui (équilibre de dissociation)
Exercice 2 : Constante d’équilibre
Écrire l’expression de K pour :
2H2S(g) + 3O2(g) ⇌ 2H2O(g) + 2SO2(g)
Solution :
\[ K = \frac{[H_2O]^2 [SO_2]^2}{[H_2S]^2 [O_2]^3} \]
Exercice 3 : Quotient réactionnel
Pour N2(g) + 3H2(g) ⇌ 2NH3(g), K = 0.1 à 500°C. Avec [N2]=0.1M, [H2]=0.3M et [NH3]=0.2M, dans quel sens évolue le système ?
Solution :
Calcul de Q : \[ Q = \frac{[NH_3]^2}{[N_2][H_2]^3} = \frac{0.2^2}{0.1 \times 0.3^3} \approx 1.48 \]
Q > K ⇒ Le système évolue vers la gauche (formation des réactifs)
Exercice 4 : Principe de Le Chatelier
Pour 2NO2(g) ⇌ N2O4(g) ΔH = -58 kJ/mol, quel est l’effet d’une augmentation de volume ?
Solution :
Augmentation de volume ⇔ Diminution de pression ⇒ Le système évolue vers le côté avec plus de moles gazeuses (→ 2NO2)
Exercice 5 : Calcul de K
À l’équilibre pour H2(g) + I2(g) ⇌ 2HI(g), on trouve [H2]=0.02M, [I2]=0.02M et [HI]=0.16M. Calculer K.
Solution :
\[ K = \frac{[HI]^2}{[H_2][I_2]} = \frac{0.16^2}{0.02 \times 0.02} = 64 \]
Exercice 6 : Équilibre hétérogène
Écrire l’expression de K pour : CaCO3(s) ⇌ CaO(s) + CO2(g)
Solution :
\[ K = [CO_2] \]
(Les solides n’apparaissent pas dans l’expression de K)
Exercice 7 : Effet d’un catalyseur
Que se passe-t-il lorsqu’on ajoute un catalyseur à un système en équilibre ?
Solution :
Le catalyseur accélère l’atteinte de l’équilibre mais ne modifie pas sa position (K reste inchangé).
Exercice 8 : Concentration à l’équilibre
Pour H2(g) + I2(g) ⇌ 2HI(g) avec K=49, si initialement [H2]=[I2]=0.1M, calculer [HI] à l’équilibre.
Solution :
Tableau d’avancement :
\[ K = \frac{(2x)^2}{(0.1-x)^2} = 49 \Rightarrow x \approx 0.078 \]
Donc [HI] = 2x ≈ 0.156 M
Exercice 9 : Optimisation industrielle
Pourquoi utilise-t-on haute pression (200 atm) dans le procédé Haber ?
Solution :
N2 + 3H2 ⇌ 2NH3 (4 moles → 2 moles) ⇒ Haute pression favorise NH3 (moins de moles gazeuses).
Exercice 10 : Effet combiné
Pour 2SO2(g) + O2(g) ⇌ 2SO3(g) ΔH = -197 kJ, quel est l’effet combiné de ↓T et ↑P ?
Solution :
↓T favorise la réaction exothermique (→ SO3)
↑P favorise le côté avec moins de moles (→ 2SO3)
Effet combiné : Déplacement fort vers SO3
