Équilibre chimique, piles et électrolyse
Une réaction qui ne finit jamais vraiment. Un peu comme tes révisions.
Cours
Équilibre chimique
Certaines réactions sont limitées : à un certain stade, vitesses directe et inverse s'égalisent → équilibre dynamique.
Quotient de réaction
Pour $aA + bB \rightleftharpoons cC + dD$ : $$Q_r = \frac{[C]^c [D]^d}{[A]^a [B]^b}$$
À l'équilibre : $Q_r = K$ (constante d'équilibre, sans unité).
Évolution spontanée
- Si $Q_r < K$ → la réaction évolue dans le sens direct (→)
- Si $Q_r > K$ → sens inverse (←)
- Si $Q_r = K$ → équilibre, pas d'évolution
Piles (oxydoréduction)
Une pile convertit l'énergie chimique en énergie électrique via deux demi-piles reliées par un pont salin.
- Anode (−) : oxydation (perte d'e⁻)
- Cathode (+) : réduction (gain d'e⁻)
Force électromotrice $e$ = tension à vide aux bornes.
La pile fonctionne tant que $Q_r \neq K$. Quand $Q_r = K$ : pile usée.
Électrolyse
Force une réaction dans le sens non spontané en imposant une tension supérieure à $e$.
Applications : électroraffinage, galvanoplastie, production de Cl₂, H₂…
Loi de Faraday
Quantité de matière déposée : $$n = \frac{Q}{z \cdot F} = \frac{I \cdot t}{z \cdot F}$$
- $F = 96500$ C/mol (constante de Faraday)
- $z$ : nombre d'e⁻ échangés
Formules clés
Méthodes
Prévoir le sens d'évolution
- 1Calculer Qr à l'état initial avec les concentrations actuelles
- 2Comparer à K (donné)
- 3Qr < K → sens direct ; Qr > K → sens inverse
Astuces & pièges
Identifier l'anode et la cathode d'une pile : l'anode est la borne NÉGATIVE (elle pousse les électrons dans le circuit extérieur).
Pile : oxydation à l'anode (−). Électrolyse : oxydation à l'anode (+). L'anode garde son rôle (oxydation), mais le signe change !
Teste-toi
1.À l'équilibre :
2.Une pile Daniell : Zn|Zn²⁺||Cu²⁺|Cu. À la cathode (+) :
3.I = 2 A pendant 1 h dans une électrolyse avec z = 2. n déposé ?
Exercices corrigés
Tu galères ? Normal. Cherche d'abord, regarde le corrigé après.
Pile Daniell : Zn|Zn²⁺ ‖ Cu²⁺|Cu. Identifier anode, cathode et sens du courant extérieur.
K = 10⁴ pour A + B ⇌ C + D. On mélange [A] = [B] = 0,1 et [C] = [D] = 1,0. Sens d'évolution ?
Électrolyse : dépôt de Cu (M = 63,5 g/mol) avec I = 2,0 A pendant 30 min. Masse déposée ? (F = 96500 C/mol)
Pour aller plus loin
Vidéos, fiches et exos vérifiés (Maths et tiques, Lumni, Khan Academy, Physagreg…).