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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

→réactif →produit →flèche de réaction →équilibrage (équilibrer) →coefficient 74

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 (composé s 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 :

pro réactifs duit fersoufresulfure de ferII 75

Chapitre 4 : Équations chimiques

Formules chimiques

fer Fe soufre S sulfure de fer(II) Fe 2 S 2 2 Fe 2 SFeS

Équation chimique

Fe+SFeS!!

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 l a flèche de réaction.

Vérifions l'équation chimique :

1 atome de Fe1 atome de Fe

1 atome de S1 atome de S

FeSFeS+

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 rouge-

métallique) 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). réac produ tif it s cuivresoufresulfure de cuivre(I)%!!"

Formules chimiques

cuivre Cu soufre S sulfure de cuivre(I) Cu 1 S 2 2 CuS

1 atome de Cu2 atomes de Cu

1 atome de S1 atome de S

2

Cu+SCuS

équation

non équilibrée ! 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 r

éaction.

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 Cu 2 S. Dans l"équation chimique, on ajoute le coefficient 2 devant Cu : atomes de Cu2 atomes de Cu

1 atome de S1

2 atome de S 2 2

Cu+SCuS

équation

équilibrée !

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 tou jours 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). proréactifsduit phosphoredichlorechlorure de phosphore(V)%!!

Formules chimiques

phosphore P dichlore Cl 2 chlorure de phosphore(V) P 5 Cl 1 5 PCl 2

1 atome de P1 atome de P

2 atomes de Cl5 atomes de Cl

P+ClPCl

5

équation non

équilibrée !

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 Cl 2 et PCl 5 . Ainsi, on doit avoir 10 atomes de chlore des deux côtés de la flèche de réaction.

L"équation devient :

2

1 atomes de P2 atomes de P

10 atomes de Cl10 atomes de Cl

P+ClPCl52

5

équation non

équilibrée !

78

Chapitre 4 : Équations chimiques

En ajoutant le coefficient 2 devant PCl

5 , le nombre d'atomes de phosphore est changé. Équilibrons l'équation. 2

2 atomes de P2 atomes de P

10 atomes de Cl10 atomes de Cl

P+ClPCl252

5

équation

équilibrée !

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. produit nitrate de plomb(II) + iodure de potassiumiodure de plomb(II) + nitrate de potassiu réacti m fss

Formules chimiques

nitrate de plomb(II) Pb 2 NO 3 1 Pb(NO 3 2 iodure de potassium K 1 I 1 KI iodure de plomb(II) Pb 2 I 1 PbI 2 nitrate de potassium K 1 NO 3 1 KNO 3 79

Chapitre 4 : Équations chimiques

3223

1 atome de Pb1 atome de Pb

2 atomes de N1 atome de N

6 atomes de O3 atomes de O

1 atome de K1 atome de K

1 atome de I2 atomes de I

Pb(NO)+KIPbI+KNO

équation non

équilibrée !

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'équat ion n"est pas équilibrée !

Équilibrons l'équation :

3223

1 atome de Pb1 atome de Pb

2 atomes de N2 atomes de N

6 atomes de O6 atomes de O

2 atomes de K2 atomes de K

2 atomes de I2 atomes de I

Pb(NO)+KIPbI+KNO22

équation

équilibrée !

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 C 2 H 5

OH. Les

produits résultant de la combustion de l'alcool sont le dioxyde de carbone et l'eau.

éthanol + dioxygènedioxyde de carbone + eau

réproduitactifss

Formules chimiques

éthanol C

2 H 5 OH dioxygène O 2 dioxyde de carbone CO 2 eau H 2 O 80

Chapitre 4 : Équations chimiques

25222

2 atomes de C1 atome de C

6 atomes de H2 atomes de H

1 atome de O2 atomes de O2 atomes d

3 e O1 atome atomes de O3 atomes de O de O

CHOH+OCO+HO

équation non

équilibrée !

On remarque que dans cette réaction, l"oxygène est présent a ussi bien dans les deux réactifs que dans les deux produits de réaction Un tel élément qui se retrouve plus d'une fois dans les réac tifs ou dans les produits est équilibré en dernier lieu. Commençons par équilibrer le carbone et l"hydrogène : 25222

2 atomes de C2 atomes de C

6 atomes de H6 atomes de H

1 atome de O2 atomes de O4 atomes de O3 atomes d

3 atomes de O7 atome

e O s de O

CHOH+OCO+HO2 3

équation non

équilibrée !

Maintenant, tous les éléments à part l"oxygène sont éq uilibrés. L"équilibrage de la réaction est réalisé par ajout d"u n coefficient devant le dioxygène. 25222

2 atomes de C2 atomes de C

6 atomes de H6 atomes de H

1 atome de O6 atomes de O4 atomes de O3 atomes

7 atomes de O7 atomes

de dO e O

CHOH+OCO+HO3 2 3

équation

équilibrée !

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
82

Questions de cours

Établir et équilibrer les équations des réactions suivantes a) Le fer réagit avec le soufre pour former du sulfure de fer(II). b) Le cuivre réagit avec le soufre pour former du sulfure de cuivre(I). c) Le phosphore réagit avec le dichlore pour former du chlorure de phosphore(V). d) Le nitrate de plomb(II) réagit avec l'iodure de potassium pour former de l'iodure de plomb(II) et du nitrate de potassium. e) Lors de la combustion de l'éthanol, il y a formation de dioxyde de carbone et d'eau.

Questions de compréhension

Équilibrer les équations suivantes en ajoutant les coefficients manquants aux endroits prévus : 23
2

NaSPbNOPbSNaNO%!!"%

3 24

COHCHHO%!!"%

2 22
2

CaHOCaOHH%!!"%

33
2

HNOMgMgNOH%!!"%

2

2434234

3HSOCa

4 (PO)HPOCaSO%!!"% 32

KClOKClO2!!"%

252222

CHClOCOH2Ol810C%!!"%%

2332

FeSHClFeClHS23%!!"%

2423

2CHOCHCHO%!!"

324

NHOCHHCNH2O6%%!!"%

2 22

AlNaOHHONa2AlOH%%!!"%

2 3 42

CaSOCCaOS2OC%!!"%%

2 O

35392222

CHNOCOHO4NO!!"%%%

Exercice 4.1

Équilibrer les équations suivantes :

23

H+COCHOH→

22

N+HNH→

3 22

AlOAlO+→

3 222

HSOSOHO+→+

2 32

NHONOHO+→+

2 34342

KOHHPOKPOHO+→+

3322
2

CaCOHNOCOHOCaNO+→++

3 2222

HOOHO→+

3434

HClNaPOHPONaCl+→+

2

MgSOSMgO+→+

32

KNOKNOO→+

2

2242322

2

CHClCaOHCHClCaClHO+→++

Exercice 4.2

Établir et équilibrer les équations correspondant aux réacti ons suivantes : a) Lors de la combustion du chlorure d'hydrogène, il y a formation d'eau et de dichlore. b) Le potassium réagit avec le diiode pour former de l'iodure de potassium. c) Le fer réagit avec le dichlore pour former du chlorure de fer(II). d) Le carbonate de calcium se dissocie à haute température en oxyde de calcium et en dioxyde de carbone. e) Le calcium réagit avec le dichlore pour former du chlorure de calcium. f) L'aluminium réagit avec le dibrome pour former du bromure d'aluminium. g) Le potassium réagit violemment avec l'acide sulfurique (H 2 SO 4 pour former du sulfate de potassium et du dihydrogène. h) L'oxyde de manganèse(IV) réagit avec l'acide chlorhydrique pour former du dichlore, du chlorure de manganèse(II) et de l'eau. 83
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