Équilibrage des équations chimiques
Quand tu fais brûler du gaz dans une cuisinière, le méthane et le dioxygène disparaissent, et de l'eau et du dioxyde de carbone apparaissent. Pourtant, aucun atome n'a été créé ni détruit : ce sont les mêmes atomes, simplement regroupés autrement. Comment écrire cette transformation pour que le « bilan des atomes » soit juste ? C'est le rôle de l'équilibrage, ou ajustement, d'une équation de réaction.
Conservation des atomes : on ne touche pas aux indices
Si tu fais brûler de la laine d'acier dans un flacon fermé posé sur une balance, la masse ne change pas. Dans un récipient ouvert, la masse augmente car le dioxygène de l'air s'est combiné au fer. Rien n'a été créé de rien : la masse totale se conserve.
Une équation de réaction modélise la transformation : les réactifs sont à gauche, les produits à droite, reliés par une flèche.
Pour vérifier une équation, on compte les atomes de chaque élément de chaque côté de la flèche, en multipliant le nombre stœchiométrique par l'indice.
Compter les atomes de chaque élément de part et d'autre de l'équation $\text{CH}4 + \text{O}2 \rightarrow \text{CO}2 + \text{H}2\text{O}$, telle qu'elle est écrite. La…
Compter les atomes de chaque élément de part et d'autre de l'équation $\text{CH}_4 + \text{O}_2 \rightarrow \text{CO}_2 + \text{H}_2\text{O}$, telle qu'elle est écrite. La figure la montre avec le modèle particulaire :
Justifier si elle est équilibrée ou non. Si elle ne l'est pas, indiquer quels éléments posent problème.
La fine couche qui protège de l'air les pièces d'aluminium d'un avion est de l'oxyde d'aluminium. La figure montre les particules qui interviennent : Vérifier, en…
La fine couche qui protège de l'air les pièces d'aluminium d'un avion est de l'oxyde d'aluminium. La figure montre les particules qui interviennent :
Vérifier, en comptant les atomes de chaque élément de part et d'autre, si cette équation est équilibrée : $4\ \text{Al} + 3\ \text{O}_2 \rightarrow 2\ \text{Al}_2\text{O}_3$.
La méthode d'ajustement pas à pas
Ajuster « au hasard » marche pour deux espèces, mais devient pénible dès qu'il y en a quatre. Une méthode ordonnée évite les retours en arrière.
Voici un exemple où l'ordre fait gagner du temps.
L'acide chlorhydrique s'obtient industriellement en faisant réagir du dihydrogène et du dichlore gazeux. Équilibrer l'équation :…
L'acide chlorhydrique s'obtient industriellement en faisant réagir du dihydrogène et du dichlore gazeux. Équilibrer l'équation : $\text{H}_2 + \text{Cl}_2 \rightarrow \text{HCl}$.
Le calcium métallique réagit avec le dioxygène de l'air et forme de l'oxyde de calcium, la chaux vive. Équilibrer l'équation :…
Le calcium métallique réagit avec le dioxygène de l'air et forme de l'oxyde de calcium, la chaux vive. Équilibrer l'équation : $\text{Ca} + \text{O}_2 \rightarrow \text{CaO}$.
Au laboratoire, on peut obtenir du dioxygène en chauffant du chlorate de potassium, qui se décompose en chlorure de potassium et dioxygène. Équilibrer l'équation :…
Au laboratoire, on peut obtenir du dioxygène en chauffant du chlorate de potassium, qui se décompose en chlorure de potassium et dioxygène. Équilibrer l'équation : $\text{KClO}_3 \rightarrow \text{KCl} + \text{O}_2$.
Lorsqu'on place un morceau d'aluminium dans un tube contenant de l'acide chlorhydrique, il se forme du chlorure d'aluminium dissous et des bulles de dihydrogène.…
Lorsqu'on place un morceau d'aluminium dans un tube contenant de l'acide chlorhydrique, il se forme du chlorure d'aluminium dissous et des bulles de dihydrogène. Équilibrer l'équation : $\text{Al} + \text{HCl} \rightarrow \text{AlCl}_3 + \text{H}_2$.
Pour souder les rails de chemin de fer, on utilise la réaction de la thermite : de la poudre d'aluminium mélangée à de l'oxyde de fer(III) réagit en dégageant tant de…
Pour souder les rails de chemin de fer, on utilise la réaction de la thermite : de la poudre d'aluminium mélangée à de l'oxyde de fer(III) réagit en dégageant tant de chaleur que le fer formé est en fusion.
- a) Équilibrer l'équation : $\text{Al} + \text{Fe}_2\text{O}_3 \rightarrow \text{Al}_2\text{O}_3 + \text{Fe}$.
- b) Expliquer pourquoi il convient d'équilibrer d'abord le fer et l'aluminium et de laisser l'oxygène pour la fin.
Équations avec plusieurs espèces : combustions et décompositions
Les combustions du programme (carbone, méthane) suivent toutes le même schéma : un combustible réagit avec le dioxygène et donne du dioxyde de carbone et de l'eau. Les ajustements du carbone, puis de l'hydrogène, puis de l'oxygène s'enchaînent naturellement.
Combustion du carbone : $\text{C} + \text{O}_2 \rightarrow \text{CO}_2$. Carbone : $1$ et $1$ ; oxygène : $2$ et $2$. Elle est déjà équilibrée.
D'autres équations du programme se ramènent à la même méthode, avec des ions : la corrosion d'un métal par un acide ($\text{Fe} + 2\ \text{H}^+ \rightarrow \text{Fe}^{2+} + \text{H}_2$), l'action d'un acide sur le calcaire ou la réaction $\text{H}^+ + \text{HO}^- \rightarrow \text{H}_2\text{O}$. Dans ce cas, il faut aussi conserver la charge électrique : la somme des charges est la même des deux côtés. Par exemple, dans la première, la charge totale est $+2$ à gauche et $+2$ à droite. Les ions qui ne participent pas à la transformation (espèces spectatrices) n'apparaissent pas dans l'équation.
Les bouteilles de gaz de camping contiennent du propane, $\text{C}3\text{H}8$, qui brûle avec le dioxygène de l'air et forme du dioxyde de carbone et de la vapeur d'eau.…
Les bouteilles de gaz de camping contiennent du propane, $\text{C}_3\text{H}_8$, qui brûle avec le dioxygène de l'air et forme du dioxyde de carbone et de la vapeur d'eau. La figure montre les molécules qui interviennent :
Équilibrer par tâtonnement l'équation : $\text{C}_3\text{H}_8 + \text{O}_2 \rightarrow \text{CO}_2 + \text{H}_2\text{O}$. Penser à laisser le dioxygène pour la fin.
Le bioéthanol mélangé à l'essence, $\text{C}2\text{H}6\text{O}$, brûle en formant du dioxyde de carbone et de l'eau. Équilibrer l'équation :…
Le bioéthanol mélangé à l'essence, $\text{C}_2\text{H}_6\text{O}$, brûle en formant du dioxyde de carbone et de l'eau. Équilibrer l'équation : $\text{C}_2\text{H}_6\text{O} + \text{O}_2 \rightarrow \text{CO}_2 + \text{H}_2\text{O}$. Remarquer que le combustible contient déjà de l'oxygène dans sa formule.
Lors de la cuisson d'un gâteau, l'hydrogénocarbonate de sodium de la levure chimique se décompose sous l'effet de la chaleur en carbonate de sodium, eau et dioxyde de…
Lors de la cuisson d'un gâteau, l'hydrogénocarbonate de sodium de la levure chimique se décompose sous l'effet de la chaleur en carbonate de sodium, eau et dioxyde de carbone, qui fait gonfler la pâte. Équilibrer l'équation : $\text{NaHCO}_3 \rightarrow \text{Na}_2\text{CO}_3 + \text{H}_2\text{O} + \text{CO}_2$.
Nombres stœchiométriques fractionnaires et plus petits entiers
L'éthane, $\text{C}2\text{H}6$, accompagne le méthane dans le gaz naturel. a) Équilibrer sa combustion,…
L'éthane, $\text{C}_2\text{H}_6$, accompagne le méthane dans le gaz naturel.
- a) Équilibrer sa combustion, $\text{C}_2\text{H}_6 + \text{O}_2 \rightarrow \text{CO}_2 + \text{H}_2\text{O}$, en gardant pour le moment le coefficient de l'éthane égal à $1$ : vous constaterez que le coefficient du dioxygène est fractionnaire.
- b) Multiplier ensuite tous les coefficients par le nombre adéquat pour écrire l'équation avec les plus petits coefficients entiers possibles.
Les chalumeaux oxyacétyléniques des ateliers brûlent de l'acétylène, $\text{C}2\text{H}2$, avec du dioxygène et atteignent environ $3\,000\ \celsius$. a) Équilibrer la…
Les chalumeaux oxyacétyléniques des ateliers brûlent de l'acétylène, $\text{C}_2\text{H}_2$, avec du dioxygène et atteignent environ $3\,000\ \celsius$.
- a) Équilibrer la combustion : $\text{C}_2\text{H}_2 + \text{O}_2 \rightarrow \text{CO}_2 + \text{H}_2\text{O}$.
- b) Si une fraction est apparue lors de l'équilibrage, expliquer comment on convertit l'équation en plus petits coefficients entiers et écrire l'équation finale.
En équilibrant la combustion du propane, un élève a écrit : $2\ \text{C}3\text{H}8 + 10\ \text{O}2 \rightarrow 6\ \text{CO}2 + 8\ \text{H}2\text{O}$. a) Vérifier, en…
En équilibrant la combustion du propane, un élève a écrit : $2\ \text{C}_3\text{H}_8 + 10\ \text{O}_2 \rightarrow 6\ \text{CO}_2 + 8\ \text{H}_2\text{O}$.
- a) Vérifier, en comptant les atomes, que son équation respecte la conservation des atomes.
- b) Pourtant, le professeur la qualifie de « perfectible ». Expliquer ce que signifie le fait que les coefficients doivent être les plus petits entiers possibles et réécrire correctement l'équation.
Lire une équation : la proportion stœchiométrique
Retour au début : la combustion du méthane s'écrit $\text{CH}_4 + 2\ \text{O}_2 \rightarrow \text{CO}_2 + 2\ \text{H}_2\text{O}$ ; chaque atome de C, H et O du début se retrouve dans les produits.
La synthèse industrielle de l'ammoniac s'écrit $\text{N}2 + 3\ \text{H}2 \rightarrow 2\ \text{NH}3$, comme le représente la figure avec le modèle particulaire :…
La synthèse industrielle de l'ammoniac s'écrit $\text{N}_2 + 3\ \text{H}_2 \rightarrow 2\ \text{NH}_3$, comme le représente la figure avec le modèle particulaire :
L'interpréter de deux façons :
- a) Avec des molécules : combien de molécules de diazote et de dihydrogène réagissent et combien de molécules d'ammoniac se forment.
- b) Avec des moles : combien de moles de chaque gaz sont consommées lorsque $2\ \text{mol}$ d'ammoniac se forment.
Lavoisier et Priestley ont étudié le dioxygène en chauffant de l'oxyde de mercure, une poudre rouge qui se décompose en mercure liquide et dioxygène gazeux. La figure…
Lavoisier et Priestley ont étudié le dioxygène en chauffant de l'oxyde de mercure, une poudre rouge qui se décompose en mercure liquide et dioxygène gazeux. La figure montre comment sont formées les particules de chaque substance :
- a) Équilibrer l'équation : $\text{HgO} \rightarrow \text{Hg} + \text{O}_2$.
- b) Le mercure s'écrit $\text{Hg}$ et non $\text{Hg}_2$, alors que le dioxygène porte un indice. Expliquer, avec le modèle particulaire, la raison de cette différence.