Principe de Le Chatelier : déplacer un équilibre chimique
Étudiez l’effet de la température, de la pression, de la concentration et d’un catalyseur sur l’équilibre N₂O₄ ⇌ 2NO₂.
Objectif
Prédire la réponse à une perturbation et distinguer un déplacement d’équilibre d’un changement de K.
Matériel et réactifs
Ampoule scellée du mélange N₂O₄/NO₂, bains d’eau chaude et d’eau glacée, dispositif de démonstration de pression ou simulation, lunettes.
Procédure
- Sélectionnez l’équilibre de référence et observez les quantités et les couleurs de N₂O₄ et NO₂.
- Choisissez tour à tour chauffage et refroidissement. Prévoyez le déplacement à partir de ΔH° = +57 kJ mol⁻¹ pour N₂O₄(g) → 2NO₂(g), puis comparez la couleur.
- Choisissez la compression. Expliquez pourquoi le côté comportant moins de molécules gazeuses est favorisé et distinguez l’augmentation instantanée de concentration du déplacement d’équilibre.
- Comparez l’ajout de N₂O₄ à celui d’un catalyseur. Indiquez quelle perturbation modifie K et laquelle ne fait que changer le temps nécessaire pour atteindre l’équilibre.
À observer
- Le chauffage fonce le mélange brun et augmente NO₂ à l’équilibre ; le refroidissement l’éclaircit et favorise N₂O₄. Un catalyseur ne modifie pas la composition à l’équilibre.
- À l’état de référence, le NO₂ brun est peu abondant ; après chauffage il est à la fois plus abondant et plus foncé, après refroidissement plus pâle et le mélange s’enrichit en N₂O₄.
Explication
Si le sens direct est endothermique, le chauffage favorise les produits et augmente K. La compression favorise la gauche (1 mole gazeuse contre 2), sans changer K à température constante. Ajouter un réactif pousse vers la droite ; un catalyseur accélère les deux sens sans déplacer l’équilibre.
Histoire de l’expérience
Chimistes associés
Expérience virtuelle : un modèle simplifié pour construire l’intuition. Elle ne remplace ni le travail réel en laboratoire ni la formation à la sécurité ; ne la reproduisez pas chez vous sans encadrement.