Chimie · Sujet officiel n°11 · Session 2027
Prérequis : transformation chimique, tableau d'avancement et réactif limitant, quotient de réaction \(Q_r\) et constante d'équilibre \(K\), taux d'avancement final, vitesse de réaction (Terminale spé) ; potentiel chimique et activité, enthalpie libre \(G\) et grandeurs standard de réaction, équation d'état du gaz parfait et pressions partielles, loi de Beer-Lambert, régression linéaire (PC/PC*). Matériel : Partie I — solution de chlorure de cobalt(II) \(\ce{CoCl2}\), classée CMR 1B : manipulation réservée à l'enseignant, acide chlorhydrique concentré (\(12~\text{mol·L}^{-1}\)), eau distillée, tubes à essai, bain-marie, bain de glace, hotte, gants et lunettes ; Partie II — chlorure de sodium solide, béchers, agitateur magnétique, acide chlorhydrique concentré, conductimètre, verrerie jaugée ; Partie III — cuve à gaz scellée et thermostatée contenant le mélange \(\ce{NO2}/\ce{N2O4}\), spectrophotomètre UV-visible, bain thermostaté (15–45 °C), acquisition informatisée (Python ou Regressi).
Dans un tube à essai, une solution de chlorure de cobalt(II) est rose. Chauffée, elle vire au bleu ; refroidie, elle redevient rose ; et l'on peut recommencer autant de fois qu'on veut. Aucun réactif n'a été consommé, aucun produit n'a été ajouté, et pourtant la composition du système a changé, puis est revenue. Un tel comportement est impossible pour une transformation totale : une fois le réactif limitant épuisé, rien ne repart en arrière. Ce tube contient donc autre chose qu'une réaction terminée.
Le même phénomène a une portée industrielle considérable. La synthèse de l'ammoniac, \(\ce{N2 + 3H2 <=> 2NH3}\), ne consomme jamais entièrement ses réactifs : elle s'arrête sur un mélange où diazote, dihydrogène et ammoniac coexistent. C'est pourtant sur cette réaction « qui n'aboutit pas » que repose la production mondiale d'engrais azotés, et comprendre comment déplacer son point d'arrêt a été l'un des enjeux industriels majeurs du xxe siècle.
Ces deux faits ont un même nom : l'équilibre chimique. Au lycée, on l'installe comme un état : réactifs et produits coexistent, les grandeurs macroscopiques ne bougent plus, et pourtant la réaction continue à l'échelle moléculaire. En première année de CPGE, on le décrit par la loi d'action des masses, écrite sur les activités, et l'on compte ses degrés de liberté par la règle des phases. En seconde année, on apprend à le déplacer, et à arbitrer entre ce que la thermodynamique autorise et ce que la cinétique permet. Le sens dans lequel un système hors d'équilibre évolue est, lui, l'objet du sujet Évolution d'un système (sujet 12) : nous l'admettrons ici sous sa forme usuelle, comparaison de \(Q_r\) à \(K\), pour nous concentrer sur l'état d'équilibre lui-même et sur ses déplacements.
Jusqu'en Seconde, toutes les transformations rencontrées sont supposées totales : on écrit une flèche simple, on épuise le réactif limitant, on lit l'état final dans la dernière ligne du tableau d'avancement. La Première spé fait apparaître les premières exceptions expérimentales, et la Terminale leur donne un statut.
Ce n'est pas un défaut de réalisation, ni une réaction « ratée ». C'est une propriété intrinsèque du système, reproductible : dans les mêmes conditions de température, la même transformation s'arrête toujours au même endroit. Cet état final particulier porte un nom.
Développement complet des deux parties, illustrations expérimentales détaillées, questions d'entretien avec éléments de réponse, biblio commentée. L'accès ouvre les55 leçons et tous les corrigés d'annales jusqu'au 31/08/2027, à 99 € au lieu de 149 € jusqu'au 31 octobre 2026.
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