--- niveau: "3eme" discipline: "physique-chimie" theme_bo: "Organisation et transformation de la matière" chapitre: 4 titre: "Transformations et Réactions Chimiques" duree_heures: 4 prerequis: - "3e-01 — Atomistique" - "3e-03 — Les Ions" - "4e-04 — Les Combustions" competences_bo: - "Décrire et expliquer des transformations chimiques" - "Utiliser une équation de réaction chimique" - "Identifier des espèces chimiques par des tests" competences_socle: - "D2 — Méthodes et outils" - "D1.3 — Langages scientifiques" - "D4 — Systèmes naturels et techniques" mots_cles: - réaction chimique - réactifs - produits - Lavoisier - conservation - équilibrage - combustion - tests - précipité eval_diagnostique: "QCM prérequis combustions et équilibrage" eval_formative: "Exercices équilibrage équations chimiques" eval_sommative: "Devoir équilibrage + tests" --- # Chapitre 4 — Transformations et Réactions Chimiques > *M. VERHILLE — Physique-Chimie · 3ème* --- ## Objectifs et compétences **Objectifs du chapitre, en lien avec le programme de cycle 4 (BO n° 31 du 30 juillet 2020)** : - Décrire et expliquer des transformations chimiques - Utiliser une équation de réaction chimique équilibrée - Identifier des espèces chimiques par des tests **Compétences du socle** : - D1.3 : Écrire et équilibrer des équations chimiques - D4 : Réaliser des tests d'identification (gaz, ions) **À la fin de ce chapitre, l'élève sait** : - [ ] Distinguer transformation physique et réaction chimique - [ ] Équilibrer une équation chimique (conservation des atomes) - [ ] Réaliser les tests de H₂, O₂ et CO₂ - [ ] Réaliser les tests d'identification des ions (Cu²⁺, Fe²⁺, Fe³⁺, Cl⁻) - [ ] Expliquer la conservation de la masse --- ## 1. Transformations physiques Changements d'état : **même espèce chimique**, état différent. Exemple : H₂O(l) → H₂O(s) (solidification) --- ## 2. Réactions chimiques Une réaction chimique transforme des **réactifs** en **produits** différents. $$\text{réactifs} \longrightarrow \text{produits}$$ > La flèche se lit **"donne"** ou **"réagit pour donner"**. **Théorie atomique (Dalton, début XIXe)** : les atomes se séparent et se réassemblent → comme des LEGO. --- ## 3. Loi de conservation des atomes (Lavoisier) ![Synthèse : réactifs transformés en produits et conservation des atomes ; CH₄ plus deux O₂ donne CO₂ plus deux H₂O](../sources/ch04-reactions-chimiques/image-equilibre-reactions.jpg) *Les modèles moléculaires illustrent le comptage ; la table d’équations donne les écritures complètes.* > **"Rien ne se perd, rien ne se crée, tout se transforme."** Dans une réaction chimique équilibrée : - **Même nombre d'atomes de chaque élément** des deux côtés - **Même charge électrique totale** des deux côtés - **Masse totale conservée** : m(produits) = m(réactifs) --- ## 4. Équilibrer une équation-bilan ### Méthode 1. Écrire les réactifs → produits (non équilibrée) 2. Compter les atomes de chaque côté 3. Ajuster les **coefficients stœchiométriques** (jamais les indices !) 4. Vérifier la conservation ### Équations de référence | Réaction | Équation équilibrée | | ------------------------- | ---------------------------- | | Combustion méthane | CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O | | Combustion carbone | C + O₂ → CO₂ | | Combustion CO | 2CO + O₂ → 2CO₂ | | Combustion H₂ | 2H₂ + O₂ → 2H₂O | | Combustion Mg | 2Mg + O₂ → 2MgO | | Électrolyse eau | 2H₂O → 2H₂ + O₂ | | Réduction CuO | 2CuO + C → 2Cu + CO₂ | | Réduction Fe₂O₃ | 3C + Fe₂O₃ → 2Fe + 3CO | | Fe + HCl | Fe + 2H⁺ → Fe²⁺ + H₂ | | Fe + CuSO₄ | Cu²⁺ + Fe → Cu + Fe²⁺ | | Combustion butane (bonus) | 2C₄H₁₀ + 13O₂ → 8CO₂ + 10H₂O | | Synthèse NH₃ | N₂ + 3H₂ → 2NH₃ | --- ## 5. Conservation de la masse $$m_{\text{produits}} = m_{\text{réactifs}}$$ ⚠️ Si la masse semble diminuer → un **gaz s'échappe** (ex: CO₂ dans la réaction craie + HCl). --- ## 6. Combustion complète et incomplète - **O₂ suffisant** : C + O₂ → **CO₂** (combustion complète du carbone) - **O₂ insuffisant** : 2C + O₂ → **2CO** (combustion incomplète, gaz toxique !) > ⚠️ Le CO est incolore, inodore et très toxique. Le CO₂ peut également être dangereux à forte concentration, notamment dans un lieu confiné : une combustion complète ne garantit pas l’innocuité des gaz. Les expériences de combustion et de reconnaissance des gaz sont réalisées uniquement selon le protocole du professeur. > Source : [INRS — dangers du dioxyde de carbone](https://www.inrs.fr/publications/bdd/fichetox/fiche.html?refINRS=FICHETOX_238§ion=pathologieToxicologie). > **Le méthane (CH₄) : un gaz à effet de serre (GES)** — Le méthane est un combustible courant (gaz naturel) mais aussi un puissant GES : son pouvoir de réchauffement est environ **28 fois supérieur** à celui du CO₂ sur 100 ans. Les fuites de gaz naturel, l'élevage et les déchets en décomposition sont les principales sources d'émissions de CH₄. La combustion incomplète du méthane, en plus de produire du CO toxique, contribue au gaspillage de ce combustible et donc indirectement aux émissions de GES (ODD 13). --- ## 7. Tests de reconnaissance ![Tests : O₂ ravive une incandescence, H₂ donne une petite détonation, CO₂ trouble l’eau de chaux et H₂O bleuit le sulfate de cuivre anhydre](../sources/ch04-reactions-chimiques/carte-mentale-tests-identification-gaz-eau.jpg) *Les tests sont réalisés uniquement avec les petites quantités et les précautions du protocole du professeur.* ### Tests sur les gaz | Gaz | Test | Observation | |---|---|---| | **H₂** (dihydrogène) | Approcher une allumette enflammée | **"Pfuit !"** / petite détonation | | **O₂** (dioxygène) | Introduire une bûchette encore incandescente, dont la flamme vient d’être éteinte | L’incandescence est ravivée | | **CO₂** (dioxyde de carbone) | Barboter dans l'eau de chaux | L'eau de chaux **se trouble** | **Équations associées :** - Électrolyse de l'eau : **2H₂O → 2H₂ + O₂** - Test CO₂ : **Ca(OH)₂ + CO₂ → CaCO₃ + H₂O** ### Tests sur les ions en solution | Ion | Réactif | Observation | |---|---|---| | **Cl⁻** | Nitrate d'argent | Précipité ⚪ blanc | | **Cu²⁺** | Soude (NaOH) | Précipité 🔵 bleu | | **Fe²⁺** | Soude (NaOH) | Précipité 🟢 vert | | **Fe³⁺** | Soude (NaOH) | Précipité 🟠 rouille | | **Zn²⁺** | Soude (NaOH) | Précipité blanc qui peut se dissoudre dans un excès suffisant de soude | | **Al³⁺** | Soude (NaOH) | Précipité blanc qui peut se dissoudre dans un excès suffisant de soude | > **Limite du test** : les précipités associés à Zn²⁺ et Al³⁺ peuvent tous deux se dissoudre dans un excès suffisant de soude. Ce seul test ne les distingue pas. Les observations dépendent des quantités et concentrations utilisées. > Source : [Université d’Helsinki — réactions avec les ions hydroxyde](https://blogs.helsinki.fi/inorganic-kvali/water-and-hydroxide-ion/). > **Un précipité** est un solide qui se forme lors d'une réaction en solution et se dépose au fond. --- ## Bilan — Ce qu'il faut retenir | Notion | Définition | Formule | |--------|-----------|---------| | Réaction chimique | Transformation qui convertit des réactifs en produits différents ; les atomes se réorganisent | Réactifs → Produits | | Conservation de la masse (Lavoisier) | Dans une réaction chimique, la masse totale des produits est égale à la masse totale des réactifs | m(produits) = m(réactifs) | | Équilibrage d'une équation | Ajuster les coefficients stoechiométriques pour avoir le même nombre d'atomes de chaque élément des deux côtés | — | | Combustion complète | Pour un hydrocarbure, réaction avec suffisamment de dioxygène produisant CO₂ et H₂O ; le carbone seul produit CO₂ | CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O | | Combustion incomplète | Réaction avec insuffisamment de dioxygène ; produit du CO (gaz toxique) | 2C + O₂ → 2CO | | Tests de reconnaissance des gaz | H₂ : détonation à la flamme ; O₂ : ravive une bûchette incandescente ; CO₂ : trouble l'eau de chaux | — | ## Erreurs fréquentes à éviter - **Ne pas équilibrer l'équation** : une équation chimique doit toujours être équilibrée (même nombre d'atomes de chaque élément des deux côtés). Écrire H₂ + O₂ → H₂O est faux ; il faut 2H₂ + O₂ → 2H₂O. - **Confondre réactifs et produits** : les réactifs sont les espèces de départ (à gauche de la flèche), les produits sont les espèces formées (à droite). Ne pas inverser. - **Oublier la conservation de la masse** : si la masse semble diminuer après une réaction, c'est qu'un gaz s'est échappé (ex : CO₂). La masse totale (réactifs = produits) est toujours conservée. --- ## Différenciation - **Remédiation** : Équilibrer des équations simples guidées avec un tableau de comptage des atomes (colonnes : élément, nombre à gauche, nombre à droite). Commencer par des équations à un seul coefficient manquant. - **Approfondissement** : Équilibrer des équations plus complexes (combustion du butane 2C₄H₁₀ + 13O₂ → 8CO₂ + 10H₂O) et vérifier la conservation de la masse. --- ## Vidéo 🎬 Playlist réactions chimiques : https://www.youtube.com/watch?v=HoR0Mn2c-AQ&list=PLFf1gA-ubk_RWa3hyBUp7r5MTh5dawfiW --- > Référence : [programme de physique-chimie du cycle 4 et ressources ministérielles](https://eduscol.education.gouv.fr/5739/ressources-d-accompagnement-du-programme-de-physique-chimie-au-cycle-4). Les objectifs et approfondissements de ce chapitre constituent une progression du professeur. ## Navigation ← [[3e-03-ions|Ch.3 — Les ions]] | [[3-PROGRESSION|Progression 3eme]] | [[3e-05-acide-base-pH|Ch.5 — Acide, base et pH]] →