Exercices et corrigés

Etude de Chimie

Équilibrer les Équations Chimiques

Équilibrer les Équations Chimiques

Équilibrer les Équations Chimiques

Importance de l'Équilibrage des Équations Chimiques

En chimie, une équation chimique est la représentation symbolique d'une réaction chimique. Pour qu'une équation chimique soit correcte, elle doit être équilibrée. Cela signifie que le nombre d'atomes de chaque élément doit être le même du côté des réactifs (à gauche de la flèche) et du côté des produits (à droite de la flèche). Ce principe est basé sur la loi de conservation de la masse, qui stipule que la matière ne peut être ni créée ni détruite au cours d'une réaction chimique ordinaire. L'équilibrage des équations est fondamental pour comprendre les proportions stœchiométriques des réactifs et des produits, ce qui est essentiel pour les calculs en chimie, comme la détermination des quantités de substances impliquées ou le rendement d'une réaction.

Instructions

Pour chaque équation chimique non équilibrée ci-dessous, déterminez les coefficients stœchiométriques entiers les plus petits qui permettent d'équilibrer l'équation.

Schéma : Principe de Conservation de la Masse
Réactifs Produits Conservation de la Masse

Illustration du principe de conservation de la masse dans une réaction chimique.


Équations à Équilibrer

  1. \( \text{Fe} + \text{O}_2 \rightarrow \text{Fe}_2\text{O}_3 \)
  2. \( \text{C}_3\text{H}_8 + \text{O}_2 \rightarrow \text{CO}_2 + \text{H}_2\text{O} \)
  3. \( \text{Al} + \text{HCl} \rightarrow \text{AlCl}_3 + \text{H}_2 \)
  4. \( \text{KClO}_3 \rightarrow \text{KCl} + \text{O}_2 \)
  5. \( \text{NH}_3 + \text{O}_2 \rightarrow \text{NO} + \text{H}_2\text{O} \)

Correction : Équilibrage des Équations Chimiques

Question 1 : \( \text{Fe} + \text{O}_2 \rightarrow \text{Fe}_2\text{O}_3 \)

Principe :

On ajuste les coefficients stœchiométriques devant chaque formule chimique pour avoir le même nombre d'atomes de chaque élément de part et d'autre de la flèche.

Étapes d'équilibrage :
  1. Fer (Fe) : Il y a 1 atome de Fe à gauche et 2 à droite. On place un coefficient 2 devant Fe :
    \( 2 \text{ Fe} + \text{O}_2 \rightarrow \text{Fe}_2\text{O}_3 \)
  2. Oxygène (O) : Il y a 2 atomes d'O à gauche (dans O₂) et 3 à droite (dans Fe₂O₃). Pour équilibrer, on cherche le plus petit commun multiple de 2 et 3, qui est 6. On a besoin de 3 molécules de O₂ (3 x 2 = 6 O) et 2 molécules de Fe₂O₃ (2 x 3 = 6 O) :
    \( 2 \text{ Fe} + 3 \text{ O}_2 \rightarrow 2 \text{ Fe}_2\text{O}_3 \)
  3. Vérification du Fer (Fe) : Avec 2 Fe₂O₃ à droite, on a maintenant 2 x 2 = 4 atomes de Fe. Il faut donc ajuster le coefficient du Fe à gauche à 4 :
    \( 4 \text{ Fe} + 3 \text{ O}_2 \rightarrow 2 \text{ Fe}_2\text{O}_3 \)

Vérification finale : Gauche (4 Fe, 6 O), Droite (4 Fe, 6 O). L'équation est équilibrée.

Résultat Question 1 : \( 4 \text{ Fe} + 3 \text{ O}_2 \rightarrow 2 \text{ Fe}_2\text{O}_3 \)

Question 2 : \( \text{C}_3\text{H}_8 + \text{O}_2 \rightarrow \text{CO}_2 + \text{H}_2\text{O} \)

Étapes d'équilibrage :
  1. Carbone (C) : 3 C à gauche (C₃H₈), 1 C à droite (CO₂). On met un 3 devant CO₂ :
    \( \text{C}_3\text{H}_8 + \text{O}_2 \rightarrow 3 \text{ CO}_2 + \text{H}_2\text{O} \)
  2. Hydrogène (H) : 8 H à gauche (C₃H₈), 2 H à droite (H₂O). On met un 4 devant H₂O (4 x 2 = 8 H) :
    \( \text{C}_3\text{H}_8 + \text{O}_2 \rightarrow 3 \text{ CO}_2 + 4 \text{ H}_2\text{O} \)
  3. Oxygène (O) : 2 O à gauche (O₂). À droite : (3 x 2 O dans CO₂) + (4 x 1 O dans H₂O) = 6 + 4 = 10 O. On met un 5 devant O₂ (5 x 2 = 10 O) :
    \( \text{C}_3\text{H}_8 + 5 \text{ O}_2 \rightarrow 3 \text{ CO}_2 + 4 \text{ H}_2\text{O} \)

Vérification finale : Gauche (3 C, 8 H, 10 O), Droite (3 C, 8 H, 10 O). L'équation est équilibrée.

Résultat Question 2 : \( \text{C}_3\text{H}_8 + 5 \text{ O}_2 \rightarrow 3 \text{ CO}_2 + 4 \text{ H}_2\text{O} \)

Question 3 : \( \text{Al} + \text{HCl} \rightarrow \text{AlCl}_3 + \text{H}_2 \)

Étapes d'équilibrage :
  1. Chlore (Cl) : 1 Cl à gauche (HCl), 3 Cl à droite (AlCl₃). On met un 3 devant HCl :
    \( \text{Al} + 3 \text{ HCl} \rightarrow \text{AlCl}_3 + \text{H}_2 \)
  2. Hydrogène (H) : 3 H à gauche (3 HCl), 2 H à droite (H₂). Pour équilibrer, on cherche le PPCM de 3 et 2, qui est 6. On met un 6 devant HCl et un 3 devant H₂ :
    \( \text{Al} + 6 \text{ HCl} \rightarrow \text{AlCl}_3 + 3 \text{ H}_2 \)
  3. Chlore (Cl) - Réajustement : Avec 6 HCl, on a 6 Cl à gauche. Il faut donc 2 AlCl₃ à droite (2 x 3 = 6 Cl) :
    \( \text{Al} + 6 \text{ HCl} \rightarrow 2 \text{ AlCl}_3 + 3 \text{ H}_2 \)
  4. Aluminium (Al) : 2 Al à droite (2 AlCl₃). On met un 2 devant Al à gauche :
    \( 2 \text{ Al} + 6 \text{ HCl} \rightarrow 2 \text{ AlCl}_3 + 3 \text{ H}_2 \)

Vérification finale : Gauche (2 Al, 6 H, 6 Cl), Droite (2 Al, 6 H, 6 Cl). L'équation est équilibrée.

Résultat Question 3 : \( 2 \text{ Al} + 6 \text{ HCl} \rightarrow 2 \text{ AlCl}_3 + 3 \text{ H}_2 \)

Quiz Intermédiaire 1 : Dans l'équation \( \text{Mg} + \text{O}_2 \rightarrow \text{MgO} \), quels sont les coefficients corrects pour l'équilibrer ?

Question 4 : \( \text{KClO}_3 \rightarrow \text{KCl} + \text{O}_2 \)

Étapes d'équilibrage :
  1. K et Cl : Sont déjà équilibrés (1 de chaque côté).
  2. Oxygène (O) : 3 O à gauche (KClO₃), 2 O à droite (O₂). PPCM de 3 et 2 est 6. On met un 2 devant KClO₃ et un 3 devant O₂ :
    \( 2 \text{ KClO}_3 \rightarrow \text{KCl} + 3 \text{ O}_2 \)
  3. K et Cl - Réajustement : Avec 2 KClO₃, on a 2 K et 2 Cl à gauche. On met un 2 devant KCl à droite :
    \( 2 \text{ KClO}_3 \rightarrow 2 \text{ KCl} + 3 \text{ O}_2 \)

Vérification finale : Gauche (2 K, 2 Cl, 6 O), Droite (2 K, 2 Cl, 6 O). L'équation est équilibrée.

Résultat Question 4 : \( 2 \text{ KClO}_3 \rightarrow 2 \text{ KCl} + 3 \text{ O}_2 \)

Question 5 : \( \text{NH}_3 + \text{O}_2 \rightarrow \text{NO} + \text{H}_2\text{O} \)

Étapes d'équilibrage :
  1. Azote (N) : 1 N de chaque côté. Pour l'instant, c'est bon.
  2. Hydrogène (H) : 3 H à gauche (NH₃), 2 H à droite (H₂O). PPCM de 3 et 2 est 6. On met un 2 devant NH₃ et un 3 devant H₂O :
    \( 2 \text{ NH}_3 + \text{O}_2 \rightarrow \text{NO} + 3 \text{ H}_2\text{O} \)
  3. Azote (N) - Réajustement : Avec 2 NH₃, on a 2 N à gauche. On met un 2 devant NO à droite :
    \( 2 \text{ NH}_3 + \text{O}_2 \rightarrow 2 \text{ NO} + 3 \text{ H}_2\text{O} \)
  4. Oxygène (O) : 2 O à gauche (O₂). À droite : (2 x 1 O dans NO) + (3 x 1 O dans H₂O) = 2 + 3 = 5 O. Pour avoir 5 O à gauche, on a besoin de 5/2 O₂. Pour éviter les fractions, on multiplie toute l'équation par 2 :
    \( 2 \times (2 \text{ NH}_3 + \frac{5}{2} \text{ O}_2 \rightarrow 2 \text{ NO} + 3 \text{ H}_2\text{O}) \)
    \( \Rightarrow 4 \text{ NH}_3 + 5 \text{ O}_2 \rightarrow 4 \text{ NO} + 6 \text{ H}_2\text{O} \)

Vérification finale : Gauche (4 N, 12 H, 10 O), Droite (4 N, 12 H, 4+6=10 O). L'équation est équilibrée.

Résultat Question 5 : \( 4 \text{ NH}_3 + 5 \text{ O}_2 \rightarrow 4 \text{ NO} + 6 \text{ H}_2\text{O} \)

Quiz Intermédiaire 2 : Lors de l'équilibrage d'une équation, si vous obtenez des coefficients fractionnaires, que devez-vous généralement faire ?


Quiz Rapide : Testez vos connaissances (Récapitulatif)

1. Pourquoi est-il essentiel d'équilibrer les équations chimiques ?

2. Dans l'équation équilibrée \( \text{N}_2 + 3\text{H}_2 \rightarrow 2\text{NH}_3 \), combien d'atomes d'hydrogène y a-t-il de chaque côté ?

3. Quel est le coefficient stœchiométrique du dioxygène (O₂) dans l'équation équilibrée de la combustion complète du méthane (CH₄) ? (CH₄ + O₂ → CO₂ + H₂O)

4. L'équilibrage d'une équation chimique implique d'ajuster :


Glossaire

Équation Chimique
Représentation symbolique d'une réaction chimique, montrant les réactifs, les produits et leurs proportions relatives.
Réactifs
Substances de départ dans une réaction chimique, situées à gauche de la flèche dans une équation chimique.
Produits
Substances formées au cours d'une réaction chimique, situées à droite de la flèche dans une équation chimique.
Coefficient Stœchiométrique
Nombre entier placé devant la formule d'un réactif ou d'un produit dans une équation chimique équilibrée. Il indique le nombre relatif de moles de cette substance impliquée dans la réaction.
Loi de Conservation de la Masse
Principe fondamental stipulant que, lors d'une réaction chimique ordinaire, la masse totale des réactifs est égale à la masse totale des produits. Cela implique que le nombre d'atomes de chaque élément est conservé.
Équilibrer une Équation
Processus consistant à ajuster les coefficients stœchiométriques pour s'assurer que le nombre d'atomes de chaque élément est le même des deux côtés de l'équation chimique.
Équilibrer les Équations Chimiques - Exercice d'Application

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