Karamö, le prof virtuelLeçon 14 sur 16
L'équation-bilan d'une réaction chimique
Je sais écrire et équilibrer l'équation-bilan d'une réaction chimique en respectant la conservation des atomes.
- 55 min
- 5 exercices corrigés
- 1 schéma
- QCM de 5 questions
À la fin de la leçon, tu sauras :
- Passer du bilan en mots à l'équation avec les formules
- Équilibrer une équation en ajustant les coefficients
- Vérifier qu'une équation est équilibrée
- Lire une équation-bilan en termes de molécules et de volumes de gaz
Avant de commencer : Symboles et formules (indice, coefficient), réactions chimiques, loi de Lavoisier (conservation des atomes et de la masse).
1Je découvre
Kadiatou a appris que le dihydrogène et le dioxygène réagissent pour former de l'eau. Elle écrit fièrement au tableau :
H2 + O2 → H2O
Son camarade Alpha compte les atomes : « À gauche, il y a 2 atomes d'oxygène. À droite, il n'y en a qu'un seul. Où est passé l'autre ? D'après la loi de Lavoisier, aucun atome ne peut disparaître ! »
Kadiatou propose alors de corriger en écrivant H2O2 à droite. Le professeur l'arrête : « H2O2 existe, mais c'est l'eau oxygénée, une autre substance ! Tu ne peux pas changer la formule de l'eau. »
Comment faire, alors, pour que les atomes soient les mêmes des deux côtés sans changer les substances ?
Comment écrire correctement l'équation d'une réaction chimique en respectant la conservation des atomes ?
2Je comprends
1. Du bilan en mots à l'équation-bilan
Le bilan en mots donne les noms des réactifs et des produits :
dihydrogène + dioxygène → eau.
L'équation-bilan (ou équation chimique) utilise les formules et des coefficients pour représenter la réaction de façon précise :
2H2 + O2 → 2H2O
Elle doit respecter la conservation des atomes : pour chaque élément, il doit y avoir le même nombre d'atomes à gauche (réactifs) et à droite (produits). On dit alors que l'équation est équilibrée. C'est la traduction de la loi de Lavoisier.
2. La règle d'or : on ne touche qu'aux coefficients
Pour équilibrer une équation :
- on ne change jamais les indices d'une formule (changer un indice, c'est changer de substance : H2O n'est pas H2O2) ;
- on place des coefficients devant les formules (changer un coefficient, c'est changer le nombre de molécules).
On choisit les coefficients entiers les plus petits possibles. Le coefficient 1 ne s'écrit pas.
Méthode
Pour équilibrer une équation-bilan :
- J'écris le bilan en mots, puis les formules exactes des réactifs et des produits.
- Je compte les atomes de chaque élément à gauche et à droite.
- J'ajuste les coefficients, élément par élément, en commençant par celui qui apparaît dans le moins de formules (souvent en laissant H et O ou l'oxygène seul pour la fin).
- Je recompte tous les atomes : chaque élément doit être en même nombre des deux côtés.
- Je vérifie que les coefficients sont les plus petits entiers possibles.
Exemple
Équilibrer la synthèse de l'eau : H₂ + O₂ → H₂O.
Comptage : à gauche H = 2, O = 2 ; à droite H = 2, O = 1. L'oxygène n'est pas équilibré.
Je mets 2 devant H₂O : H₂ + O₂ → 2H₂O. À droite : H = 4, O = 2.
L'oxygène est équilibré, mais l'hydrogène ne l'est plus (2 à gauche, 4 à droite).
Je mets 2 devant H₂ : 2H₂ + O₂ → 2H₂O.
Vérification : gauche H = 4, O = 2 ; droite H = 4, O = 2. Équilibrée.
- 1Équation de départ : H₂ + O₂ → H₂O (O : 2 à gauche, 1 à droite)
- 2Coefficient 2 devant H₂O : H₂ + O₂ → 2H₂O (H : 2 à gauche, 4 à droite)
- 3Coefficient 2 devant H₂ : 2H₂ + O₂ → 2H₂O
- 4Vérification : H = 4 et O = 2 de chaque côté, l'équation est équilibrée
3. D'autres exemples résolus
Exemple
Combustion du méthane : CH₄ + O₂ → CO₂ + H₂O.
Carbone : 1 à gauche, 1 à droite. Équilibré.
Hydrogène : 4 à gauche, 2 à droite. Je mets 2 devant H₂O : CH₄ + O₂ → CO₂ + 2H₂O.
Oxygène : à droite, 2 (dans CO₂) + 2 × 1 (dans 2H₂O) = 4 ; à gauche 2. Je mets 2 devant O₂.
Équation : CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O.
Vérification : C : 1 = 1 ; H : 4 = 4 ; O : 4 = 4.
Exemple
Combustion de l'aluminium : Al + O₂ → Al₂O₃.
Oxygène : 2 à gauche, 3 à droite. Le plus petit multiple commun de 2 et 3 est 6.
Je mets 3 devant O₂ (3 × 2 = 6) et 2 devant Al₂O₃ (2 × 3 = 6) : Al + 3O₂ → 2Al₂O₃.
Aluminium : à droite 2 × 2 = 4, donc je mets 4 devant Al.
Équation : 4Al + 3O₂ → 2Al₂O₃.
Vérification : Al : 4 = 4 ; O : 6 = 6.
Exemple
Combustion du magnésium : Mg + O₂ → MgO.
Oxygène : 2 à gauche, 1 à droite : je mets 2 devant MgO.
Magnésium : 1 à gauche, 2 à droite : je mets 2 devant Mg.
Équation : 2Mg + O₂ → 2MgO. Vérification : Mg : 2 = 2 ; O : 2 = 2.
Certaines équations sont déjà équilibrées avec des coefficients 1 :
C + O2 → CO2 ; Fe + S → FeS ; S + O2 → SO2.
4. Lire une équation-bilan
Les coefficients donnent les proportions dans lesquelles les réactifs réagissent et les produits se forment.
2H2 + O2 → 2H2O se lit : « 2 molécules de dihydrogène réagissent avec 1 molécule de dioxygène pour donner 2 molécules d'eau ».
Pour les gaz pris dans les mêmes conditions, les coefficients donnent aussi les proportions en volumes : 2 volumes de dihydrogène réagissent avec 1 volume de dioxygène. On retrouve le résultat de la synthèse de l'eau !
Exemple
D'après l'équation CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O, quel volume de dioxygène faut-il pour brûler 5 L de méthane (gaz pris dans les mêmes conditions) ?
L'équation indique 1 molécule de méthane pour 2 molécules de dioxygène, donc 1 volume pour 2 volumes.
Volume de dioxygène = 2 × 5 = 10 L.
Attention : les coefficients ne donnent pas directement les proportions en masse, car les molécules n'ont pas toutes la même masse. Pour les masses, on utilise la loi de Lavoisier et les proportions mesurées (par exemple 1 g de dihydrogène pour 8 g de dioxygène).
5. Écrire correctement
| Écriture | Juste ou fausse ? | Pourquoi |
|---|---|---|
| 2H2 + O2 → 2H2O | juste | atomes conservés, formules exactes |
| H2 + O → H2O | fausse | le dioxygène s'écrit O2 |
| H2 + O2 → H2O2 | fausse | on a changé la formule de l'eau |
| 4H2 + 2O2 → 4H2O | à simplifier | équilibrée, mais coefficients non minimaux |
3Je retiens
Je retiens
L'équation-bilan représente une réaction avec les formules : réactifs → produits.
Elle doit être équilibrée : même nombre d'atomes de chaque élément des deux côtés (loi de Lavoisier).
On équilibre en plaçant des coefficients devant les formules ; on ne change jamais les indices.
On choisit les plus petits coefficients entiers ; le coefficient 1 ne s'écrit pas.
2H₂ + O₂ → 2H₂O ; C + O₂ → CO₂ ; CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O ; 4Al + 3O₂ → 2Al₂O₃.
Les coefficients donnent les proportions en molécules (et en volumes pour les gaz), pas en masses.
4Erreurs fréquentes
- Changer un indice pour équilibrer (écrire H₂O₂ au lieu de 2H₂O) : on change de substance. On ne modifie que les coefficients.
- Oublier que le coefficient multiplie tous les atomes de la formule : 2H₂O contient 4 H et 2 O.
- Écrire les gaz simples sans indice : le dioxygène est O₂, le dihydrogène H₂, le diazote N₂, pas O, H, N.
- Ne pas recompter à la fin : un coefficient ajouté pour un élément peut déséquilibrer un autre élément.
5Je m’exerce
1Exercice 1
Compte les atomes de chaque élément de chaque côté et dis si l'équation est équilibrée.
a) C + O2 → CO2
b) Mg + O2 → MgO
c) N2 + 3H2 → 2NH3
Voir le corrigéCacher le corrigé
a) Gauche : C = 1, O = 2 ; droite : C = 1, O = 2. Équilibrée.
b) Gauche : Mg = 1, O = 2 ; droite : Mg = 1, O = 1. Non équilibrée (il faut 2Mg + O2 → 2MgO).
c) Gauche : N = 2, H = 3 × 2 = 6 ; droite : N = 2, H = 2 × 3 = 6. Équilibrée.
2Exercice 2
Équilibre les équations suivantes.
a) Cu + O2 → CuO
b) Na + Cl2 → NaCl
c) Fe + O2 → Fe2O3
Voir le corrigéCacher le corrigé
a) Oxygène : 2 à gauche, 1 à droite, donc 2 devant CuO ; cuivre : 2 à droite, donc 2 devant Cu. 2Cu + O2 → 2CuO. Vérification : Cu 2 = 2 ; O 2 = 2.
b) Chlore : 2 à gauche, 1 à droite, donc 2 devant NaCl ; sodium : 2 devant Na. 2Na + Cl2 → 2NaCl. Vérification : Na 2 = 2 ; Cl 2 = 2.
c) Oxygène : 2 et 3, multiple commun 6 : 3 devant O2 et 2 devant Fe2O3 ; fer : 2 × 2 = 4 à droite, donc 4 devant Fe. 4Fe + 3O2 → 2Fe2O3. Vérification : Fe 4 = 4 ; O 6 = 6.
3Exercice 3
Écris l'équation-bilan équilibrée de la combustion du carbone dans le dioxygène, puis celle de la synthèse de l'eau. Lis chacune en termes de molécules.
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C + O2 → CO2 : 1 atome de carbone réagit avec 1 molécule de dioxygène pour donner 1 molécule de dioxyde de carbone.
2H2 + O2 → 2H2O : 2 molécules de dihydrogène réagissent avec 1 molécule de dioxygène pour donner 2 molécules d'eau.
4Exercice 4
La combustion du propane (C3H8), gaz de certaines bouteilles, dans le dioxygène produit du dioxyde de carbone et de l'eau.
a) Écris le bilan en mots.
b) Écris et équilibre l'équation-bilan.
c) Quel volume de dioxygène faut-il pour brûler 2 L de propane (gaz dans les mêmes conditions) ?
Voir le corrigéCacher le corrigé
a) propane + dioxygène → dioxyde de carbone + eau.
b) C3H8 + O2 → CO2 + H2O. Carbone : 3 devant CO2. Hydrogène : 8 à gauche, donc 4 devant H2O. Oxygène à droite : 3 × 2 + 4 × 1 = 10, donc 5 devant O2.
C3H8 + 5O2 → 3CO2 + 4H2O. Vérification : C 3 = 3 ; H 8 = 8 ; O 10 = 10.
c) 1 volume de propane pour 5 volumes de dioxygène : 5 × 2 = 10 L de dioxygène.
5Exercice 5
(Synthèse) Sékou a écrit trois équations. Pour chacune, dis si elle est juste ; sinon, corrige-la.
a) H2 + Cl2 → HCl
b) S + O2 → SO2
c) Fe + HCl → FeCl2 + H
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a) Fausse (non équilibrée : 2 H et 2 Cl à gauche, 1 de chaque à droite). Correction : H2 + Cl2 → 2HCl.
b) Juste : S 1 = 1 ; O 2 = 2.
c) Fausse : le dihydrogène s'écrit H2, et l'équation n'est pas équilibrée. Correction : Fe + 2HCl → FeCl2 + H2. Vérification : Fe 1 = 1 ; H 2 = 2 ; Cl 2 = 2.
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6Je vérifie
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