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L’oxyde de calcium peut être préparé à grande échelle en chauffant du carbonate de calcium dans un four. Le four utilise beaucoup d’énergie lors du chauffage jusqu’à la température requise et du carbonate de calcium supplémentaire est fréquemment ajouté pour maintenir la réaction en marche, comme indiqué. CaCO3 solide est en équilibre avec CaO solide plus CO2 gazeux. Pourquoi cette réaction n’atteint-elle pas l’équilibre ? (A) Le four est trop chaud. (B) La vitesse de réaction est trop lente. (C) La réaction est irréversible. (D) La quantité de réactifs et de produits reste constante. (E) Le four n’est pas un système fermé.
Afin de comprendre pourquoi cette réaction n’atteint pas l’équilibre, nous devons d’abord comprendre ce qu’est l’équilibre. Un équilibre dynamique est un équilibre entre les réactions directe et inverse, où les deux réactions se produisent à la même vitesse non nulle. Nous pouvons voir que l’équation de réaction fournie est une équation équilibrée où les réactions directe et inverse peuvent se produire. Ainsi, la réaction pourrait atteindre l’équilibre si la vitesse des réactions directe et inverse était la même.
Cependant, on nous dit dans la question que lorsque cette réaction est effectuée à grande échelle dans un four, elle n’atteint pas l’équilibre. Si nous regardons l’équation de réaction, nous pouvons voir que deux des espèces sont des solides et une est un gaz. Le four où cette réaction est effectuée est un système ouvert. Cela signifie que la matière peut être échangée avec l'environnement. Ainsi, lorsque le carbonate de calcium est chauffé dans le four, le dioxyde de carbone gazeux peut s'échapper. Si le dioxyde de carbone n’est plus présent, alors le four ne contient plus les composés nécessaires à la réaction inverse. Sans la réaction inverse, l’équilibre ne peut être établi.
Ainsi, si une réaction d’équilibre implique des gaz, l’équilibre dynamique ne peut être établi que dans un système fermé, un système qui n’échange pas de matière avec son environnement. Par conséquent, cette réaction n’atteint pas l’équilibre car le four n’est pas un système fermé : choix de réponse (E).
