Fiche à trous · 4ème · Physique-Chimie

Réactions chimiques — Équation et conservation

Complétez de mémoire, puis vérifiez avec la page de corrigé.

Une bûche brûle et il ne reste que des cendres : la matière semble avoir disparu. Elle n'a rien fait de tel. Elle est partie sous forme de gaz, et si l'on avait pesé l'air consommé et les fumées produites, la balance n'aurait pas bougé d'un gramme. Cette idée — rien ne se perd, tout se transforme — est le socle de toute la chimie, et c'est elle que ce chapitre outille.

Réactifs, produits, transformation

Définition — réactif et produit :

Règle

La conservation de la masse

Règle

Exemple

On brûle 12 g de carbone dans 32 g de dioxygène. Toute la matière est consommée. Quelle masse de dioxyde de carbone se forme ?

Résultat :

Piège

Conclure d'une expérience à l'air libre que la masse diminue au cours d'une combustion.

Chercher si le système est fermé avant d'interpréter une pesée. Un gaz qui part n'est pas un gaz qui disparaît.

Équilibrer une équation de réaction

Équilibrer une équation, dans l'ordre

Exemple

Équilibrer la combustion du méthane : $C H_{4} + O_{2} ⟶ C O_{2} + H_{2} O$ .

Résultat :

Piège

Équilibrer en modifiant un indice : écrire $H_{2} O_{2}$ pour obtenir un oxygène de plus.

Ne toucher qu'à ce qui est écrit devant. Les indices, en petit et en bas, sont donnés par la nature et ne se négocient pas.

Les combustions

Règle

Quand le dioxygène manque, la combustion est incomplète : la flamme devient jaune et fumeuse, il se forme des particules de carbone — la suie — et du monoxyde de carbone, gaz incolore, inodore et mortel. C'est pourquoi un appareil à gaz exige une ventilation qu'on ne bouche jamais, et pourquoi un barbecue ne s'utilise pas à l'intérieur.

Acides, bases et pH

Définition — pH :

21.

Règle

Piège

Verser de l'eau dans un acide concentré pour le diluer.

Retenir la formule mnémotechnique : on verse l'acide dans l'eau, jamais l'eau dans l'acide. Et l'on porte des lunettes de protection, qui ne servent que le jour où quelque chose se passe mal.

Ai-je nommé les réactifs et les produits avant d'écrire l'équation ?
Ai-je équilibré en changeant les coefficients, jamais les indices ?
Ai-je recompté chaque élément des deux côtés, l'oxygène en dernier ?
Pour une pesée, le système était-il fermé ? Sinon les gaz sont partis.
Ai-je annoncé chaque test et son résultat attendu ?
pH inférieur à 7 : acide · égal à 7 : neutre · supérieur à 7 : basique.
Sécurité : ai-je versé l'acide dans l'eau ?

Corrigé · à détacher

Réactions chimiques — Équation et conservation

1. Dans une transformation chimique, les espèces présentes au départ et qui disparaissent sont les réactifs ; celles qui apparaissent sont les produits. Une transformation chimique n'est pas une transformation physique : la fonte d'un glaçon ne change que l'état de l'eau, tandis qu'une réaction réorganise les atomes en molécules différentes.
2. Ce qui se conserve au cours d'une réaction, ce sont les atomes : aucun n'apparaît, aucun ne disparaît, ils changent seulement de voisinage. Ce qui ne se conserve pas, ce sont les molécules : elles sont détruites et reconstruites autrement. C'est cette distinction qui permet d'équilibrer une équation, et c'est elle qui explique la conservation de la masse.
3. Au cours d'une transformation chimique, la masse totale se conserve : la somme des masses des réactifs consommés est égale à la somme des masses des produits formés. C'est la loi énoncée par Lavoisier en 1789, et elle ne souffre aucune exception en chimie.
4. La masse des réactifs se calcule d'abord :
5. Cette masse se retrouve intégralement dans le produit unique de la réaction.
6. Il se forme donc 44 g de dioxyde de carbone — près de quatre fois la masse du charbon brûlé, la différence venant du dioxygène de l'air, invisible mais bien pesé.
7. 44 g de dioxyde de carbone
8. Écrire les formules des réactifs à gauche, des produits à droite, séparées par une flèche.
9. Compter les atomes de chaque élément de part et d'autre, en dressant un petit tableau.
10. Ajuster les coefficients placés devant les formules — jamais les indices, qui décrivent les molécules.
11. Traiter en dernier l'élément qui apparaît dans le plus de formules, souvent l'oxygène.
12. Recompter chaque élément une dernière fois : le tableau doit se lire deux fois le même nombre sur chaque ligne.
13. Le carbone est déjà équilibré : un à gauche, un à droite.
14. L'hydrogène : quatre à gauche, deux à droite. On place un 2 devant l'eau.
15. L'oxygène en dernier : à droite, deux dans le dioxyde de carbone et deux dans les deux molécules d'eau.
16. Il en faut donc quatre à gauche, soit deux molécules de dioxygène.
17. CH₄ + 2 O₂ → CO₂ + 2 H₂O
18. Une combustion met en jeu un combustible — ce qui brûle — et un comburant — le plus souvent le dioxygène de l'air. Quand le combustible contient du carbone et de l'hydrogène et que le dioxygène est en quantité suffisante, la combustion est complète : elle produit du dioxyde de carbone (CO₂) et de l'eau, et libère de l'énergie.
19. Deux tests identifient les produits, et il faut annoncer le réactif et son résultat. L'eau de chaux se trouble en présence de dioxyde de carbone. Le sulfate de cuivre anhydre, de couleur blanche, bleuit au contact de l'eau. Un test nommé sans son résultat attendu ne prouve rien.
20. Le pH mesure l'acidité d'une solution sur une échelle allant de 0 à 14. Une solution est acide si son pH est inférieur à 7, neutre s'il vaut exactement 7 — c'est le cas de l'eau pure —, et basique s'il est supérieur à 7. On le mesure avec un papier indicateur ou un pH-mètre.
21. L'échelle de pH : le 7 n'est pas le milieu d'un intervalle quelconque, c'est la neutralité.
22. Diluer une solution, c'est y ajouter de l'eau : son pH se rapproche alors de 7, sans jamais le franchir. Une solution acide diluée reste acide ; une solution basique diluée reste basique. La dilution atténue, elle ne renverse pas.