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Chambre de Le Chatelier

À propos de cette simulation

La chambre de Le Chatelier est une simulation interactive d'équilibre en phase gazeuse 3D conçue pour les classes de chimie. À l'intérieur d'un cylindre en verre scellé doté d'un piston supérieur déplaçable et d'une chemise de base chauffée, 36 molécules de gaz en collision s'interconvertissent continuellement entre réactifs et produits. Les étudiants peuvent tester la dissociation endothermique du tétroxyde de dinitrogène (N2O4 ⇌ 2 NO2, où les dimères cyan incolores se séparent en monomères brun-rouge) ou la synthèse exothermique de l'ammoniac de Haber (N2 + 3 H2 ⇌ 2 NH3). Le fait de faire glisser le piston modifie immédiatement le volume et la pression, tandis que l'ajustement de la température modifie la constante d'équilibre Kc, permettant aux étudiants d'observer le rééquilibrage des vitesses directe et inverse jusqu'à ce que Q soit égal à Kc.

Ce que les élèves peuvent explorer

  • Dans le système N2O4 ⇌ 2 NO2, augmentez le curseur de température vers 450 K et observez le mélange gazeux s'assombrir à mesure que la dissociation endothermique se déplace vers la droite en direction du NO2 brun.
  • Faites glisser le piston supérieur vers le bas pour comprimer le volume de la chambre de 5,0 L à 1,8 L et observez les dimères N2O4 se reformer à mesure que l'équilibre se déplace vers un plus petit nombre de moles de gaz.
  • Passez le système à N2 + 3 H2 ⇌ 2 NH3 (Exothermique) et compressez le piston pour comprendre pourquoi une pression élevée favorise la production d'ammoniac dans le procédé Haber.
  • Abaissez la température dans le système Haber et observez comment une réaction exothermique se déplace vers les produits (Kc plus élevé) lorsqu'elle est refroidie.
  • Cliquez sur le bouton d'injection de réactif ou sur les molécules à l'intérieur du cylindre pour abaisser Q en dessous de Kc et observez la recrudescence de la réaction directe jusqu'à ce que l'équilibre soit rétabli.

Objectifs d'apprentissage

  1. 1Utilisez le principe de Le Chatelier pour prédire la façon dont une réaction gazeuse réversible réagit aux changements de concentration, de pression/volume et de température.
  2. 2Expliquez pourquoi la compression d'un mélange de gaz déplace l'équilibre vers le côté qui comporte le moins de moles de molécules de gaz.
  3. 3Distinguez les perturbations qui modifient le quotient réactionnel Q (volume ou concentration) et les changements de température qui modifient Kc lui-même.
  4. 4Reliez le changement de couleur macroscopique du mélange de gaz N2O4 / NO2 au rapport microscopique des dimères aux monomères.

Questions fréquentes des enseignants

Que stipule le principe de Le Chatelier ?

Le principe de Le Chatelier stipule que lorsqu'un système chimique à l'équilibre dynamique subit un changement de température, de pression, de volume ou de concentration, le système déplace sa position d'équilibre dans la direction qui contrebalance partiellement le changement imposé.

Pourquoi la compression du piston rend-elle le gaz N2O4 / NO2 plus pâle ?

Dans la réaction N2O4(g) ⇌ 2 NO2(g), une mole de gaz N2O4 pâle produit deux moles de gaz NO2 brun-rouge. La compression du piston augmente la pression totale, de sorte que le système se déplace vers la gauche, vers le côté ayant le moins de moles de gaz (N2O4), ce qui réduit la concentration de NO2 brun.

La modification du volume ou de la pression modifie-t-elle la constante d'équilibre Kc ?

Non. Le changement de volume ou l'ajout de réactifs modifie le quotient réactionnel instantané Q, provoquant un déplacement net jusqu'à ce que Q revienne à la même valeur de Kc. Seul un changement de température modifie la valeur de la constante d'équilibre Kc.

Pourquoi le chauffage affecte-t-il différemment les réactions endothermiques et exothermiques ?

Dans une réaction endothermique (ΔH positif), l'énergie thermique agit comme un réactif, de sorte qu'une augmentation de la température augmente Kc et déplace l'équilibre vers les produits. Dans une réaction exothermique (ΔH négatif), la chaleur est libérée comme un produit, de sorte qu'une augmentation de la température diminue Kc et ramène l'équilibre vers les réactifs.

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Placez-la dans votre ENT, votre blog ou le site de la classe — gratuitement.

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