Étape 1 · Leçon
Lois de la réaction chimique
Conservation de la masse et des atomes, équation symbolique et coefficients stœchiométriques.
I) Lois de conservation
1) Conservation de la masse. On pose sur une balance une bouteille fermée qui contient un peu d’acide chlorhydrique (HCl) et un morceau de craie. On introduit ensuite la craie dans l’acide.
- Réactifs : acide chlorhydrique et craie.
- Produits : dioxyde de carbone et chlorure de calcium. La craie disparaît.
- Masse avant (réactifs + bouteille) : 200,00 g.
- Masse après (produits + bouteille) : 200,00 g.
La masse ne change pas, parce que le gaz formé reste dans la bouteille fermée. Au cours d’une transformation chimique dans un système clos, la masse se conserve : masse des réactifs = masse des produits.
2) Conservation des atomes. On compare l’état initial et l’état final de deux combustions, avec des modèles moléculaires.
Transformation (1) : combustion du carbone
| État initial (réactifs) | État final (produits) | |
|---|---|---|
| Molécules / atomes | 1 atome de carbone C et 1 molécule de dioxygène O₂ | 1 molécule de dioxyde de carbone CO₂ |
| Atomes | 1 C et 2 O | 1 C et 2 O |
Transformation (2) : combustion complète du méthane
| État initial (réactifs) | État final (produits) | |
|---|---|---|
| Molécules | 1 molécule de méthane CH₄ et 2 molécules de dioxygène O₂ | 1 molécule de CO₂ et 2 molécules d’eau H₂O |
| Atomes | 1 C, 4 H et 4 O | 1 C, 4 H et 4 O |
- Les molécules des produits ne sont pas les mêmes que celles des réactifs : de nouvelles molécules se forment.
- Le type d’atomes est le même des deux côtés.
- Le nombre de chaque type d’atomes est le même des deux côtés.
Conclusion. Les molécules changent. Les atomes se conservent : aucun atome n’apparaît ni ne disparaît, ils se réarrangent pour former les produits.
II) Écriture symbolique de l’équation
On remplace les noms des réactifs et des produits par leurs symboles ou leurs formules. On obtient l’équation chimique.
1) Combustion du carbone. Équation nominative : Carbone + Dioxygène → Dioxyde de carbone. Avec symboles : C + O₂ → CO₂. Le nombre d’atomes est déjà le même de chaque côté (1 C et 2 O).
2) Combustion du méthane. Équation nominative : Méthane + Dioxygène → Dioxyde de carbone + Eau. Avec formules, sans coefficients : CH₄ + O₂ → CO₂ + H₂O. Les atomes ne sont pas encore conservés (H : 4 contre 2 ; O : 2 contre 3). Il faut équilibrer.
III) Comment équilibrer
Pour respecter les lois de conservation, on place devant les formules les plus petits nombres entiers possibles : les coefficients stœchiométriques. Ils donnent les proportions dans lesquelles les molécules réagissent.
1) Méthane. On équilibre d’abord l’atome qui n’est que dans un réactif et un produit (H), puis l’oxygène.
- Départ : CH₄ + O₂ → CO₂ + H₂O.
- Hydrogène : 4 H à gauche → 2 H₂O à droite : CH₄ + O₂ → CO₂ + 2 H₂O.
- Oxygène : 4 O à droite → 2 O₂ à gauche : CH₄ + 2 O₂ → CO₂ + 2 H₂O.
- Vérification : 1 C, 4 H, 4 O de chaque côté.
2) Butane. Équation nominative : Butane + Dioxygène → Dioxyde de carbone + Eau. Formules : C₄H₁₀ + O₂ → CO₂ + H₂O.
- Carbone : C₄H₁₀ + O₂ → 4 CO₂ + H₂O.
- Hydrogène : C₄H₁₀ + O₂ → 4 CO₂ + 5 H₂O.
- Oxygène : 13 O à droite. On double tout pour avoir un nombre entier de O₂ : 2 C₄H₁₀ + 13 O₂ → 8 CO₂ + 10 H₂O.