Qu'est-ce qu'une réaction chimique ? Comment savoir qu'elle a eu lieu ?
Une réaction chimique est une transformation au cours de laquelle se forment de nouvelles substances aux propriétés nouvelles. Les substances de départ sont les réactifs ; les nouvelles sont les produits.
Voici des signes qui montrent qu'une réaction a eu lieu :
- un changement de couleur (un clou de fer brillant devient brun dans une solution de sulfate de cuivre),
- des bulles de gaz qui se dégagent (le zinc dans un acide dilué donne de l'hydrogène),
- un changement de température (la chaux vive dans l'eau devient chaude),
- un solide (précipité) qui se forme dans une solution,
- un changement d'état ou d'odeur (le lait qui tourne).
Écrire une équation chimique
Une équation en mots utilise des noms : magnésium + oxygène → oxyde de magnésium. Une équation chimique utilise des formules : Mg + O₂ → MgO. Les réactifs sont à gauche, les produits à droite, et la flèche signifie « se transforme en ».
Une équation dont les formules sont correctes mais dont les nombres d'atomes sont différents s'appelle une équation squelette. Mg + O₂ → MgO est une équation squelette : il y a 2 O à gauche et 1 à droite.
Équilibrer une équation chimique pas à pas
La masse ne peut être ni créée ni détruite dans une réaction (loi de conservation de la masse). Chaque sorte d'atome doit donc être en même nombre des deux côtés.
La méthode par tâtonnement
- Écris l'équation squelette avec les bonnes formules.
- Fais un tableau des atomes de chaque côté.
- Commence par le composé qui a le plus d'atomes, et par l'élément qui apparaît dans le moins d'endroits.
- Place des coefficients (les nombres devant) pour égaliser cet élément. Ne change jamais les indices : H₂O et H₂O₂ sont des substances différentes.
- Avance élément par élément ; garde H et O pour la fin.
- Recompte tout. Utilise les plus petits nombres entiers.
Exemple traité à l'écran
Fe + H₂O → Fe₃O₄ + H₂. Fe₃O₄ a le plus d'atomes, donc on commence par O : 4H₂O à gauche. Ensuite H : 8 à gauche, donc 4H₂ à droite. Ensuite Fe : 3Fe à gauche. Équilibrée : 3Fe + 4H₂O → Fe₃O₄ + 4H₂.
Rendre l'équation plus informative : états physiques et conditions
On ajoute l'état physique après chaque formule : (s) solide, (l) liquide, (g) gaz, (aq) aqueux, c'est-à-dire dissous dans l'eau. Exemple : 3Fe(s) + 4H₂O(g) → Fe₃O₄(s) + 4H₂(g). Ici (g) pour l'eau indique qu'on utilise de la vapeur.
Les conditions comme la chaleur (Δ), la lumière, un catalyseur, la température ou la pression s'écrivent au-dessus ou au-dessous de la flèche, par exemple CO(g) + 2H₂(g) → CH₃OH(l) à 340 atm.
Conseil pour l'examen : les questions d'équilibrage tombent presque chaque année, en général pour 1 ou 2 points, et « écris l'équation équilibrée avec les états physiques » est fréquent dans les questions à 3 points.
Formules et définitions clés
- Réactifs → Produits
- Loi de conservation de la masse : masse totale des réactifs = masse totale des produits
- Coefficient × indice = nombre d'atomes (2H₂O a 4 H et 2 O)
- États physiques : (s) solide, (l) liquide, (g) gaz, (aq) dissous dans l'eau
- Δ au-dessus de la flèche = on fournit de la chaleur
Exemples résolus
1. Équilibre : H₂ + Cl₂ → HCl
À gauche : 2 H, 2 Cl. À droite : 1 H, 1 Cl. Mets 2 devant HCl : H₂ + Cl₂ → 2HCl. Maintenant il y a 2 H et 2 Cl de chaque côté.
2. Équilibre : Mg + O₂ → MgO
Oxygène : 2 à gauche, 1 à droite, donc on écrit 2MgO. Maintenant Mg vaut 2 à droite, donc on écrit 2Mg. Réponse : 2Mg + O₂ → 2MgO.
3. Équilibre : N₂ + H₂ → NH₃
N : 2 à gauche, donc 2NH₃. Cela donne 6 H à droite, donc 3H₂ à gauche. Réponse : N₂ + 3H₂ → 2NH₃.
4. Équilibre : CH₄ + O₂ → CO₂ + H₂O
C : 1 = 1. H : 4 à gauche, donc 2H₂O. O à droite = 2 (dans CO₂) + 2 (dans 2H₂O) = 4, donc 2O₂. Réponse : CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O.
5. Équilibre : Fe + H₂O → Fe₃O₄ + H₂ et ajoute les états physiques (on utilise de la vapeur).
O : 4 dans Fe₃O₄ → 4H₂O. H : 8 → 4H₂. Fe : 3 → 3Fe. Réponse : 3Fe(s) + 4H₂O(g) → Fe₃O₄(s) + 4H₂(g).
6. Équilibre : Al + O₂ → Al₂O₃
O : 2 à gauche, 3 à droite. Le PPCM de 2 et 3 est 6, donc 3O₂ et 2Al₂O₃. Maintenant Al vaut 4 à droite, donc 4Al. Réponse : 4Al + 3O₂ → 2Al₂O₃.
Erreurs fréquentes
- Changer un indice pour équilibrer (écrire H₂O₂ au lieu de 2H₂O). Cela donne une autre substance.
- Oublier qu'un coefficient multiplie tous les atomes de la formule : 3H₂O a 6 H et 3 O.
- Laisser des fractions ou des nombres qui ne sont pas les plus petits, comme 4H₂ + 2O₂ → 4H₂O. Divise par le facteur commun.
- Confondre (l) et (aq) : l'eau pure est (l) ; le sel dissous dans l'eau est (aq).