Chapitre 3 : Les équations chimiques

Chapitre 4 : Équations chimiques
Objectifs
L’élève doit être capable
!
!
!
d’établir les formules chimiques des composés intervenant dans
une réaction,
d’établir une équation chimique,
d’équilibrer une équation chimique.
Mots clés
!
!
!
!
!
74
réactif
produit
flèche de réaction
équilibrage (équilibrer)
coefficient
Équations
chimiques
4.1. Introduction
Pour préparer un gâteau « réussi », il est important de respecter
minutieusement la liste des ingrédients.
De même, pour synthétiser un certain produit chimique, il est
important de connaître les composés de départ, appelés réactifs.
Pour décrire la transformation des réactifs en produits (composés
résultant de la réaction), les chimistes utilisent des équations
chimiques. Dans l’équation, la transformation est indiquée par
une flèche → .
4.2. Établissement d’équations chimiques
4.2.1.
Réaction entre le fer et le soufre
Chauffons un mélange de fer (poudre grise) et de soufre (poudre
jaune) avec un brûleur Bunsen. Après quelques instants, il y a
apparition d’une incandescence qui se propage à travers tout le
mélange : le fer et le soufre réagissent en dégageant beaucoup de
chaleur.
début de la réaction…
… et propagation de l’incandescence
Le produit résultant de la réaction est un solide gris-foncé : le
sulfure de fer(II).
Schématiquement, on peut écrire que :
fer
soufre
+ #""
!"
"
$
réactifs
→
sulfure de fer ( II )
!"""#"""$
produit
75
Chapitre 4 : Équations chimiques
Formules chimiques
fer
Fe
soufre
S
Fe
S
2
2
sulfure de fer(II)
Fe 2 S 2 → FeS
Équation chimique
Fe + S → FeS
On lit : Le fer réagit avec le soufre pour former du sulfure de fer(II).
Attention !
Dans une équation chimique, la flèche symbolise la transformation
des réactifs en produits. On n’utilise jamais un signe =, car les
réactifs et les produits sont des composés chimiques différents (i.e.
ayant des propriétés chimiques et physiques différentes).
Pendant une réaction chimique, le nombre d’atomes est conservé.
En effet, lors d’une réaction, il n’y a ni perte, ni gain d’atomes,
mais les atomes des réactifs sont groupés autrement pour former
les produits de la réaction.
L’équation chimique doit rendre compte de ce fait : le nombre de
chaque type d’atomes doit être identique des deux côtés de la
flèche de réaction.
Vérifions l’équation chimique :
Fe
+
S
1 atome de Fe
→
FeS
1 atome de Fe
1 atome de S
1 atome de S
Un atome de fer réagit avec un atome de soufre pour
former une unité de sulfure de fer(II).
Le nombre de chaque type d’atomes est le même dans les réactifs
que dans les produits. On dit que l’équation est équilibrée.
76
Chapitre 4 : Équations chimiques
4.2.2.
Réaction entre le cuivre et le soufre
La réaction entre le cuivre et le soufre est
similaire à celle entre le fer et le soufre.
Chauffons un mélange de cuivre (solide rougemétallique) et de soufre (poudre jaune) avec un
brûleur Bunsen. Après quelques instants, il y a
apparition d’une incandescence qui se propage à
travers tout le mélange : le cuivre et le soufre
réagissent avec dégagement de chaleur.
Le produit résultant de la réaction est un solide noir-bleuâtre : le
sulfure de cuivre(I).
cuivre
+ soufre
!""
"#"""
$
→
sulfure de cuivre(I)
!"""
"#""""
$
réactifs
produit
Formules chimiques
cuivre
Cu
soufre
S
sulfure de cuivre(I)
Cu
S
1
2
Cu
+
S
→
1 atome de Cu
Cu2S
Cu 2 S
2 atomes de Cu
1 atome de S
équation
non équilibrée !
1 atome de S
L’équation n’est pas équilibrée parce que le nombre d’atomes de
cuivre n’est pas le même des deux côtés de la flèche de réaction.
Lors de la réaction, il n’y a pas de création d’atomes. Par
conséquent, on a besoin de deux atomes de cuivre pour former une
unité de Cu2S.
Dans l’équation chimique, on ajoute le coefficient 2 devant Cu :
2 Cu
+
S
2 atomes de Cu
→
Cu 2 S
2 atomes de Cu
1 atome de S
équation
équilibrée !
1 atome de S
Deux atomes de cuivre réagissent avec un atome de
soufre pour former une unité de sulfure de cuivre(I)
(contenant deux atomes de cuivre et un atome de soufre).
77
Chapitre 4 : Équations chimiques
Attention !
On ne doit jamais changer les formules chimiques lors de
l’équilibrage de l’équation. L’équilibrage se fait toujours par ajout
de coefficients devant les formules chimiques.
4.2.3.
Réaction entre le phosphore et le dichlore
Introduisons du phosphore blanc dans le
dichlore.
Après
quelques
instants,
le
phosphore commence à brûler avec une
flamme jaune. Il y a production d’une fumée
blanche : c’est le chlorure de phosphore(V).
phosphore + dichlore
!""""#""""$
→
réactifs
chlorure de phosphore(V)
!"""""#"""""$
produit
Formules chimiques
phosphore
P
dichlore
Cl2
P
Cl
chlorure de phosphore(V)
5
P
+
Cl2
→
1 atome de P
1
PCl5
PCl5
1 atome de P
2 atomes de Cl
équation non
équilibrée !
5 atomes de Cl
Dans cette équation, le nombre d’atomes de chlore n’est pas
équilibré. Dans une première étape, on doit chercher le plus petit
commun multiple (ppcm) des nombres d’atomes de chlore dans Cl2
et PCl5. Ainsi, on doit avoir 10 atomes de chlore des deux côtés de
la flèche de réaction.
L’équation devient :
P
+
5 Cl2
1 atomes de P
2 PCl5
2 atomes de P
10 atomes de Cl
78
→
10 atomes de Cl
équation non
équilibrée !
Chapitre 4 : Équations chimiques
En ajoutant le coefficient 2 devant PCl5, le nombre d’atomes de
phosphore est changé. Équilibrons l’équation.
2P
+
5 Cl2
→
2 atomes de P
2 PCl5
2 atomes de P
10 atomes de Cl
équation
équilibrée !
10 atomes de Cl
Deux atomes de phosphore réagissent avec 5 molécules
de dichlore pour former deux molécules de chlorure de
phosphore(V).
4.2.4.
Réaction entre le nitrate de plomb(II) et l’iodure de
potassium
Préparons des solutions aqueuses de nitrate de
plomb(II) et d’iodure de potassium par dissolution des
sels respectifs dans l’eau. Les deux solutions sont
incolores.
Dans un tube à essais, mélangeons les deux solutions.
Il se forme un précipité jaune : l’iodure de plomb(II).
L’iodure de plomb(II) formé lors de la réaction est un sel jaune,
pratiquement insoluble dans l’eau.
Le deuxième produit, le nitrate de potassium (salpêtre), est un sel
incolore, bien soluble dans l’eau.
nitrate de plomb(II) + iodure de potassium
!"""""""""
"#""""""""""
$
réactifs
→
iodure de plomb(II) + nitrate de potassium
!"""""""""
"#""""""""""
$
produits
Formules chimiques
Pb
NO3
2
1
iodure de potassium
K
I
iodure de plomb(II)
1 1
Pb I
nitrate de potassium
2
K
1
NO3
1
1
nitrate de plomb(II)
Pb(NO3)2
KI
PbI2
KNO3
79
Chapitre 4 : Équations chimiques
Pb(NO3 )2
+
KI
→
1 atome de Pb
PbI2
+
KNO3
1 atome de Pb
2 atomes de N
1 atome de N
6 atomes de O
3 atomes de O
1 atome de K
équation non
équilibrée !
1 atome de K
1 atome de I
2 atomes de I
Le nombre des atomes de N, de O et de I n’est pas identique à
gauche et à droite de la flèche de réaction, donc l’équation n’est
pas équilibrée !
Équilibrons l’équation :
Pb(NO3 )2
+
2 KI
→
1 atome de Pb
PbI2
+
2 KNO3
1 atome de Pb
2 atomes de N
2 atomes de N
6 atomes de O
6 atomes de O
2 atomes de K
2 atomes de I
2 atomes de K
2 atomes de I
Une unité de nitrate de plomb(II) réagit avec deux unités d’iodure
de potassium pour former une unité d’iodure de plomb(II) et deux
unités de nitrate de potassium.
4.2.5.
Combustion de l’éthanol
En flambant un dessert arrosé d’eau
de vie, il y a combustion de l’alcool y
contenu. L’alcool renfermé dans les
boissons alcoolisées est l’éthanol, de
formule chimique
C2H5OH. Les
produits résultant de la combustion
de l’alcool sont le dioxyde de carbone
et l’eau.
éthanol + dioxygène
!""""#""""$
réactifs
→
dioxyde de carbone + eau
!"""""#"""""$
produits
Formules chimiques
80
éthanol
C2H5OH
dioxygène
O2
dioxyde de carbone
CO2
eau
H2O
équation
équilibrée !
Chapitre 4 : Équations chimiques
C2H5OH
+
O2
→
2 atomes de C
CO2
+
H2O
1 atome de C
6 atomes de H
2 atomes de H
1 atome de O
2 atomes de O
2 atomes de O
3 atomes de O
équation non
équilibrée !
1 atome de O
3 atomes de O
On remarque que dans cette réaction, l’oxygène est présent aussi
bien dans les deux réactifs que dans les deux produits de réaction.
Un tel élément qui se retrouve plus d’une fois dans les réactifs
ou dans les produits est équilibré en dernier lieu.
Commençons par équilibrer le carbone et l’hydrogène :
C2H5OH
+
O2
→
2 atomes de C
2 CO2
+
3 H2O
2 atomes de C
6 atomes de H
6 atomes de H
1 atome de O
2 atomes de O
4 atomes de O
3 atomes de O
équation non
équilibrée !
3 atomes de O
7 atomes de O
Maintenant, tous les éléments à part l’oxygène sont équilibrés.
L’équilibrage de la réaction est réalisé par ajout d’un coefficient
devant le dioxygène.
C2H5OH
3 O2
+
2 atomes de C
→
2 CO2
3 H2O
2 atomes de C
6 atomes de H
1 atome de O
+
6 atomes de H
6 atomes de O
4 atomes de O
7 atomes de O
équation
équilibrée !
3 atomes de O
7 atomes de O
Une molécule d’éthanol réagit avec trois molécules de dioxygène
pour former deux molécules de dioxyde de carbone et trois molécules
d’eau.
# voir exercices 4.1 et 4.2 page 83
81
?
Questions de cours
Établir et équilibrer les équations des réactions suivantes :
a)
b)
Le fer réagit avec le soufre pour former du sulfure de fer(II).
Le cuivre réagit avec le soufre pour former du sulfure de
cuivre(I).
Le phosphore réagit avec le dichlore pour former du
chlorure de phosphore(V).
Le nitrate de plomb(II) réagit avec l’iodure de potassium
pour former de l’iodure de plomb(II) et du nitrate de
potassium.
Lors de la combustion de l’éthanol, il y a formation de
dioxyde de carbone et d’eau.
c)
d)
e)
Questions de compréhension
Équilibrer les équations suivantes en ajoutant les coefficients
manquants aux endroits prévus :
Na 2S + Pb ( NO3 )2 → PbS +
NaNO3
CO +
H2 → CH4 + H2O
Ca +
H2O → Ca ( OH )2 + H2
HNO3 + Mg → Mg ( NO3 )2 + H2
3 H2SO4 + Ca 3 (PO4 )2 →
2 KClO3 →
C2H5Cl +
Fe2S3 +
KCl +
Al +
82
CaSO4
O2
O2 → 8 CO2 + 10 H2O + 2 Cl2
HCl → 2 FeCl3 + 3 H2S
2 C2H4 + O2 →
NH3 +
H3PO4 +
O2 +
NaOH +
CH3CHO
CH4 → 2 HCN + 6 H2O
H2O → 2 NaAlO2 + 3 H2
2 CaSO4 + C →
CaO +
4 C3H5N3O9 →
CO2 +
SO2 +
H2O +
CO2
N2 + O2
?
Exercice 4.1
Équilibrer les équations suivantes :
H2 +
CO →
N2 +
H2 →
NH3
Al +
O2 →
Al2O3
CH3OH
H2S +
O2 →
SO2 +
H2O
NH3 +
O2 →
NO +
H2O
KOH +
H3PO4 →
CaCO3 +
Mg +
H2O
CO2 +
H2O +
H3PO4 +
NaCl
HNO3 →
H2O2 →
HCl +
K 3PO4 +
O2 +
H2O
Na 3PO4 →
SO2 →
KNO3 →
C2H2Cl4 +
Ca ( NO3 )2
S+
KNO2 +
MgO
O2
Ca ( OH )2 →
C2HCl3 +
CaCl2 +
H2O
Exercice 4.2
Établir et équilibrer les équations correspondant aux réactions
suivantes :
a)
b)
c)
d)
e)
f)
g)
h)
Lors de la combustion du chlorure d’hydrogène, il y a formation
d’eau et de dichlore.
Le potassium réagit avec le diiode pour former de l’iodure de
potassium.
Le fer réagit avec le dichlore pour former du chlorure de fer(II).
Le carbonate de calcium se dissocie à haute température en
oxyde de calcium et en dioxyde de carbone.
Le calcium réagit avec le dichlore pour former du chlorure de
calcium.
L’aluminium réagit avec le dibrome pour former du bromure
d’aluminium.
Le potassium réagit violemment avec l’acide sulfurique (H2SO4)
pour former du sulfate de potassium et du dihydrogène.
L’oxyde de manganèse(IV) réagit avec l’acide chlorhydrique pour
former du dichlore, du chlorure de manganèse(II) et de l’eau.
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