La chimie à l’école — Années 1 à 12 · Grades 1–12

12Les réactions chimiques : réactifs et produits

Du charbon de bois rougeoie dans un barbecue. Une heure plus tard, il ne reste presque rien des morceaux noirs — un peu de cendre grise, et la chaleur qui a cuit le repas. Où le carbone noir est-il passé ? Il n’a pas disparu : il a rencontré le dioxygène de l’air et il est devenu un nouveau gaz, invisible. Avec les atomes et les molécules en main, on peut maintenant dire exactement ce qui se passe lors d’une telle transformation.

Rappel

Au cours d’une transformation chimique, de nouvelles substances apparaissent et il n’y a pas de chemin de retour simple (Chapitre 6). L’eau de chaux se trouble avec le dioxyde de carbone, le sulfate de cuivre anhydre bleuit avec l’eau (Chapitre 10). Toute la matière est faite d’atomes, qui se regroupent en molécules ; une formule comme $\ce{CO2}$ énumère les atomes d’une molécule (Chapitre 11).

Du charbon de bois rougeoyant : le carbone réagit avec le dioxygène de l’air.

12.1 Transformations physiques et chimiques

Définition 12.1 (Transformation physique)

Une transformation physique change l’état ou l’arrangement de la matière sans changer les espèces chimiques : la fusion, la solidification, l’ébullition, la dissolution, le mélange. Les mêmes espèces sont présentes avant et après ; seuls leur forme ou leur arrangement ont changé.

Exemple 12.2 (L’eau, de trois façons)

La glace qui fond en eau, l’eau qui bout en vapeur d’eau et le sel qui se dissout dans l’eau sont des transformations physiques : avant comme après, il y a des molécules d’eau (et du sel). En zoomant, on voit les mêmes molécules ; seules leur disposition et la façon dont elles bougent ont changé.

Proposition 12.3 (Transformation chimique)

Au cours d’une transformation chimique, certaines espèces chimiques disparaissent et de nouvelles apparaissent. On la distingue d’une transformation physique par ses produits : des espèces nouvelles, que l’on peut mettre en évidence par des tests caractéristiques.

12.2 Réactifs et produits

Définition 12.4 (Réaction chimique)

Une réaction chimique est le modèle qu’utilisent les chimistes pour décrire une transformation chimique : elle énumère les espèces consommées et les espèces formées.

Définition 12.5 (Réactifs et produits)

Les espèces consommées au cours d’une réaction chimique sont les réactifs ; les espèces formées sont les produits.

Exemple 12.6 (Le carbone qui brûle dans le dioxygène)

Quand le charbon de bois brûle, les réactifs sont le carbone (le charbon) et le dioxygène (de l’air). Le produit est le dioxyde de carbone : agité avec de l’eau de chaux, le gaz resté dans le flacon la trouble.

Au laboratoire — Du charbon de bois dans un flacon de dioxygène

L’enseignant chauffe un petit morceau de charbon de bois jusqu’à ce qu’il rougeoie, sur un têt à combustion, puis le descend dans un flacon de dioxygène. Le charbon brille beaucoup plus fort que dans l’air et rapetisse jusqu’à disparaître. On couvre le flacon, on y verse un peu d’eau de chaux et on agite : elle se trouble. Le carbone et le dioxygène ont été consommés ; du dioxyde de carbone s’est formé.

Du charbon rougeoyant descendu sur un têt dans un flacon de dioxygène brûle vivement : le carbone et le dioxygène réagissent pour former du dioxyde de carbone.

Exemple 12.7 (La laine d’acier)

Un tampon de laine d’acier fine, faite surtout de fer, peut brûler dans l’air en lançant des gerbes d’étincelles. Les réactifs sont le fer et le dioxygène ; le produit est un solide sombre et friable, un oxyde de fer.

De la laine d’acier qui brûle au laboratoire : le fer et le dioxygène réagissent.

12.3 L’équation en mots

Définition 12.8 (Équation en mots)

Une équation en mots écrit une réaction chimique avec des mots : les noms des réactifs à gauche, reliés par $+$ , une flèche, et les noms des produits à droite. La flèche se lit « réagissent pour donner ».

Exemple 12.9 (Trois équations en mots)

carbone

+

dioxygène

\longrightarrow

dioxyde de carbone

méthane

+

dioxygène

\longrightarrow

dioxyde de carbone

+

eau

fer

+

dioxygène

\longrightarrow

oxyde de fer

Méthode 12.10 (Écrire une équation en mots)

Trouver les réactifs : les espèces qui disparaissent.
Trouver les produits : les espèces nouvelles, identifiées par des tests.
Écrire les réactifs à gauche, les produits à droite, avec une flèche entre eux ; jamais un signe égal.

Une espèce présente qui ne participe pas à la réaction — le diazote de l’air qui entoure une flamme — ne s’écrit pas.

12.4 Une réaction réarrange les atomes

Proposition 12.11 (Les atomes sont réarrangés)

Au cours d’une réaction chimique, les molécules des réactifs sont brisées et leurs atomes s’assemblent autrement pour construire les molécules des produits. Les atomes eux-mêmes ne sont ni créés ni détruits : les mêmes atomes, en mêmes nombres, sont présents avant et après.

Exemple 12.12 (La combustion du méthane, molécule par molécule)

Quand le méthane d’une cuisinière brûle, une molécule de méthane $\ce{CH4}$ rencontre deux molécules de dioxygène $\ce{O2}$ . Leurs atomes se réarrangent en une molécule de dioxyde de carbone $\ce{CO2}$ et deux molécules d’eau $\ce{H2O}$ . Avant : 1 atome de carbone, 4 d’hydrogène et 4 d’oxygène. Après : 1 de carbone, 4 d’hydrogène, et $2 + 2 = 4$ d’oxygène. Rien ne se perd, rien n’apparaît de nulle part.

La combustion du méthane, dessinée avec des modèles moléculaires : les atomes des réactifs se réarrangent pour former les produits. On compte les mêmes atomes avant et après.

Remarque 12.13 (Compter les molécules)

L’équation en mots ne dit pas combien de molécules réagissent : pour cela, on écrit l’équation avec des formules précédées de nombres. Écrire de telles équations, et trouver les bons nombres, est l’objet d’un chapitre suivant.

12.5 Exercices

Exercice 12.1 ★

Transformation physique ou chimique ? La glace qui fond, une allumette qui brûle, le sucre qui se dissout, le pain qui grille, un clou qui rouille.

Solution

Solution de Exercice 12.1.

Physiques : la glace qui fond, le sucre qui se dissout. Chimiques : l’allumette qui brûle, le pain qui grille, le clou qui rouille.

Exercice 12.2 ★

Que sont les réactifs et les produits d’une réaction chimique ?

Solution

Solution de Exercice 12.2.

Les réactifs sont les espèces consommées ; les produits sont les nouvelles espèces formées.

Exercice 12.3 ★

Écris l’équation en mots de la combustion du carbone dans le dioxygène.

Solution

Solution de Exercice 12.3.

carbone $+$ dioxygène $\longrightarrow$ dioxyde de carbone.

Exercice 12.4 ★

Dans l’équation en mots « fer $+$ dioxygène $\longrightarrow$ oxyde de fer », nomme les réactifs et le produit.

Solution

Solution de Exercice 12.4.

Réactifs : le fer et le dioxygène. Produit : l’oxyde de fer.

Exercice 12.5 ★★

Quand le méthane brûle, un verre froid tenu au-dessus de la flamme se couvre de buée, et le gaz recueilli trouble l’eau de chaux. Quels produits ces deux tests mettent-ils en évidence ?

Solution

Solution de Exercice 12.5.

La buée révèle l’eau ; l’eau de chaux troublée révèle le dioxyde de carbone.

Exercice 12.6 ★★

Le zinc réagit avec l’acide chlorhydrique : le zinc disparaît, des bulles de dihydrogène se dégagent, et du chlorure de zinc reste dans la solution. Écris l’équation en mots.

Solution

Solution de Exercice 12.6.

zinc $+$ acide chlorhydrique $\longrightarrow$ chlorure de zinc $+$ dihydrogène.

Exercice 12.7 ★★

Regarde la figure des modèles de la combustion du méthane. Compte les atomes d’hydrogène avant et après la réaction.

Solution

Solution de Exercice 12.7.

Avant : 4 (dans la molécule de méthane). Après : $2 + 2 = 4$ (deux dans chaque molécule d’eau).

Exercice 12.8 ★★

Pourquoi la dissolution du sel dans l’eau n’est-elle pas une réaction chimique, bien que le sel disparaisse à la vue ?

Solution

Solution de Exercice 12.8.

Aucune espèce nouvelle n’apparaît : le sel est toujours là, réparti dans l’eau, et on le récupère en faisant évaporer l’eau. C’est une transformation physique.

Exercice 12.9 ★★

Une bûche se réduit en brûlant à un petit tas de cendre. Explique, en employant le mot « produits », pourquoi la cendre est tellement plus légère que la bûche.

Solution

Solution de Exercice 12.9.

La plus grande partie du bois a réagi avec le dioxygène pour donner des produits qui sont des gaz, le dioxyde de carbone et la vapeur d’eau, qui s’en vont dans l’air. Seule la cendre reste.

Exercice 12.10 ★★

Le dihydrogène brûle dans le dioxygène en donnant uniquement de l’eau. Écris l’équation en mots, et dis quel test permettrait d’identifier le produit.

Solution

Solution de Exercice 12.10.

dihydrogène $+$ dioxygène $\longrightarrow$ eau. Le produit bleuit le sulfate de cuivre anhydre.

Exercice 12.11 ★★★

Deux molécules de dihydrogène $\ce{H2}$ réagissent avec une molécule de dioxygène $\ce{O2}$ pour donner deux molécules d’eau $\ce{H2O}$ . Compte les atomes de chaque sorte avant et après, et montre qu’aucun n’a été créé ni détruit.

Solution

Solution de Exercice 12.11.

Avant : $2 \times 2 = 4$ atomes d’hydrogène et 2 atomes d’oxygène. Après : deux molécules d’eau contiennent $2 \times 2 = 4$ atomes d’hydrogène et $2 \times 1 = 2$ atomes d’oxygène. Les mêmes atomes, en mêmes nombres.

Exercice 12.12 ★★★

Un élève représente la combustion du carbone ainsi : un atome de carbone $+$ une molécule de dioxygène $\longrightarrow$ une molécule de dioxyde de carbone et un atome d’oxygène en trop. Qu’est-ce qui ne va pas dans ce dessin ? Décris en mots le dessin correct.

Solution

Solution de Exercice 12.12.

Un atome d’oxygène ne peut pas venir de nulle part : le dessin a 2 atomes d’oxygène avant et 3 après. Dessin correct : un atome de carbone $+$ une molécule de dioxygène $\longrightarrow$ une molécule de dioxyde de carbone, sans rien en trop.

12.6 Problème : au cœur d’une flamme de gazinière

Problème 12.1

Problème du week-end — ce qui brûle dans la flamme d’une gazinière, ce que cela produit, et combien de molécules y prennent part

Le gaz d’une cuisinière est surtout du méthane, $\ce{CH4}$ . Dans sa flamme bleue, le méthane réagit avec le dioxygène de l’air. Au laboratoire, l’enseignant tient quelques secondes un bécher froid et sec, retourné, au-dessus d’une telle flamme, puis le remet à l’endroit, y verse un peu d’eau de chaux et agite.

Partie I — Réactifs et produits.

Nomme les deux réactifs de cette réaction.
Des gouttelettes apparaissent à l’intérieur du bécher froid ; une goutte bleuit le sulfate de cuivre anhydre. Quel produit cela met-il en évidence ?
L’eau de chaux se trouble. Quel autre produit cela met-il en évidence ?
L’air contient aussi du diazote, qui traverse la flamme sans changer. Le diazote est-il un réactif ? Doit-il figurer dans l’équation en mots ?

Partie II — L’équation en mots.

Écris l’équation en mots de la réaction.
La combustion du méthane est-elle une transformation physique ou chimique ? Donne deux raisons.
Écris les formules des quatre espèces de la réaction.

Partie III — Compter les molécules. Chaque molécule de méthane qui brûle réagit avec deux molécules de dioxygène, et donne une molécule de dioxyde de carbone et deux molécules d’eau.

Compte les atomes de carbone, d’hydrogène et d’oxygène dans une molécule de méthane et deux molécules de dioxygène, ensemble.
Compte-les dans une molécule de dioxyde de carbone et deux molécules d’eau, ensemble. Que remarques-tu ?
La flamme brûle 10 molécules de méthane. Combien de molécules de dioxygène consomme-t-elle ?
Combien de molécules de dioxyde de carbone produit-elle ?
Combien de molécules d’eau produit-elle ?

Solution

Solution de Problème 12.1.

1. Le méthane et le dioxygène.

2. L’eau.

3. Le dioxyde de carbone.

4. Non : il n’est pas consommé, et il ne s’écrit pas dans l’équation en mots.

5. méthane $+$ dioxygène $\longrightarrow$ dioxyde de carbone $+$ eau.

6. Chimique : deux espèces disparaissent (le méthane, le dioxygène) et deux espèces nouvelles apparaissent, mises en évidence par des tests ; de plus, de la chaleur et de la lumière sont dégagées.

7. $\ce{CH4}$ , $\ce{O2}$ , $\ce{CO2}$ , $\ce{H2O}$ .

8. 1 carbone, 4 hydrogènes, $2 \times 2 = 4$ oxygènes.

9. 1 carbone ; $2 \times 2 = 4$ hydrogènes ; $2 + 2 \times 1 = 4$ oxygènes. Les mêmes atomes en mêmes nombres : ils ont seulement été réarrangés.

10. $10 \times 2 = 20$ molécules de dioxygène.

11. 10 molécules de dioxyde de carbone.

12. $10 \times 2 = 20$ molécules d’eau.

Termes définis dans ce chapitre

Voir les 852 termes du glossaire