--- niveau: "4eme" discipline: "physique-chimie" theme_bo: "Organisation et transformation de la matière" chapitre: 5 titre: "Équilibrer des réactions chimiques" duree_heures: 3 prerequis: - "4e-03 — Atomes et Molécules" - "4e-04 — Les Combustions" competences_bo: - "Décrire et expliquer des transformations chimiques" - "Utiliser une équation de réaction chimique" competences_socle: - "D2 — Méthodes et outils" - "D1.3 — Langages scientifiques" - "D4 — Systèmes naturels et techniques" mots_cles: - réaction chimique - réactifs - produits - coefficient - Lavoisier - conservation - équilibrage eval_diagnostique: "QCM prérequis combustions" eval_formative: "Exercices équilibrage équations chimiques" eval_sommative: "Devoir équilibrage + QCM H5P" --- # Chapitre 5 — Équilibrer des réactions chimiques > *M. VERHILLE — Physique-Chimie · 4ème* --- ## Objectifs et compétences **Repères du programme de cycle 4 (BO 2020)** : - Décrire et expliquer des transformations chimiques - Utiliser une équation de réaction chimique équilibrée **Compétences du socle** : - D1.3 : Écrire et équilibrer une équation chimique - D4 : Appliquer la conservation de la matière (Lavoisier) **À la fin de ce chapitre, l'élève sait** : - [ ] Distinguer réactifs et produits dans une équation - [ ] Appliquer la méthode en 4 étapes pour équilibrer - [ ] Différencier coefficient (modifiable) et indice (fixe) - [ ] Énoncer la loi de Lavoisier --- > *« Rien ne se perd, rien ne se crée, tout se transforme »* > — **Antoine Lavoisier** (1743–1794) --- ## 1. Réactifs et produits | Terme | Définition | Position dans l'équation | |-------|-----------|--------------------------| | **Réactifs** | Substances qui disparaissent | À **gauche** de la flèche | | **Produits** | Substances qui se forment | À **droite** de la flèche | $$\text{réactifs} \longrightarrow \text{produits}$$ --- ## 2. La règle fondamentale — Conservation des atomes > Pour qu'une équation chimique soit **équilibrée**, le **nombre d'atomes de chaque élément** doit être **identique** des deux côtés de la flèche. Cette règle traduit la **loi de conservation de la matière** (Lavoisier) : lors d'une réaction chimique, les atomes ne se créent pas et ne disparaissent pas — ils se **réarrangent**. --- ## 3. Exemple complet — Formation de l’oxyde de fer(III) > On étudie ici le modèle **Fe₂O₃**, oxyde de fer(III). La rouille réelle contient notamment des oxydes et oxyhydroxydes hydratés ; elle ne se réduit pas à une molécule Fe₂O₃. Dans le solide, on raisonne en **unités de formule** pour compter les atomes. ### Étape 1 — Équation non équilibrée $$\text{Fe} + \text{O}_2 \longrightarrow \text{Fe}_2\text{O}_3$$ **Bilan :** | Atome | Réactifs | Produits | Équilibré ? | |-------|----------|----------|-------------| | Fe | 1 | 2 | ❌ | | O | 2 | 3 | ❌ | ### Étape 2 — Ajout des coefficients stœchiométriques $$\boxed{4\ \text{Fe} + 3\ \text{O}_2 \longrightarrow 2\ \text{Fe}_2\text{O}_3}$$ **Vérification :** | Atome | Réactifs | Produits | Équilibré ? | |-------|----------|----------|-------------| | Fe | **4** | 2 × 2 = **4** | ✅ | | O | 3 × 2 = **6** | 2 × 3 = **6** | ✅ | --- ## 4. Méthode en 4 étapes 1. **Écrire** les formules chimiques des réactifs et des produits 2. **Compter** le nombre d'atomes de chaque élément des deux côtés 3. **Ajuster** les coefficients stœchiométriques (les nombres devant les formules) 4. **Vérifier** que tous les atomes sont conservés > ⚠️ **Règle absolue** : On ne modifie **jamais les indices** à l'intérieur des formules. > On ajuste uniquement les **coefficients** devant les formules. > Exemple : on peut écrire **2 H₂O** mais jamais **H₄O** ou **H₂O₂**. --- ## 5. Exemples d'équations équilibrées | Réaction | Équation équilibrée | |----------|---------------------| | Formation de Fe₂O₃ (modèle simplifié) | 4 Fe + 3 O₂ → 2 Fe₂O₃ | | Combustion méthane | CH₄ + 2 O₂ → CO₂ + 2 H₂O | | Combustion hydrogène | 2 H₂ + O₂ → 2 H₂O | | Synthèse ammoniac | N₂ + 3 H₂ → 2 NH₃ | | Combustion carbone | C + O₂ → CO₂ *(déjà équilibrée)* | | Combustion CO | 2 CO + O₂ → 2 CO₂ | | Combustion magnésium | 2 Mg + O₂ → 2 MgO | | Thermite (Al + rouille) | 2 Al + Fe₂O₃ → Al₂O₃ + 2 Fe | | Réduction CuO | 2 CuO + C → 2 Cu + CO₂ | | **Bonus — Butane** | 2 C₄H₁₀ + 13 O₂ → 8 CO₂ + 10 H₂O | --- ## 6. Activité 7 — Pourquoi une fuite de gaz peut-elle provoquer une explosion ? *(Source : manuel p.36)* ### Combustion du méthane $$\text{CH}_4 + 2\ \text{O}_2 \longrightarrow \text{CO}_2 + 2\ \text{H}_2\text{O}$$ ### Mélange méthane-air : risque d’inflammation Une fuite dans une pièce mélange le méthane à **l’air**, qui contient principalement N₂ et O₂. Il ne faut pas confondre ce mélange avec un mélange de méthane et de dioxygène pur. L’INERIS donne comme ordre de grandeur un domaine inflammable d’environ **5 % à 15 % de méthane en volume dans l’air**, en présence d’une source d’inflammation et dans les conditions de référence de sa ressource. Les limites dépendent des conditions et de la méthode : d’autres références publient des valeurs voisines mais différentes. Ces nombres ne sont **pas** une consigne permettant de déclarer sans danger une fuite réelle. ### Proportion stœchiométrique L’équation CH₄ + 2 O₂ → CO₂ + 2 H₂O montre que **1 molécule de méthane réagit avec 2 molécules de dioxygène**. Ce rapport sert au bilan des atomes. Il ne suffit pas à annoncer une détonation : l’allumage, le confinement et les conditions de propagation interviennent. Une explosion de gaz est souvent une **déflagration** ; une détonation correspond à un autre régime de propagation. Source : [INERIS — risque explosion](https://aida.ineris.fr/inspection-icpe/risques-accidentels/risque-explosion/risque-explosion). --- ## Bilan — Ce qu'il faut retenir | Notion | Résumé | |--------|--------| | Réactifs | Disparaissent — à gauche | | Produits | Se forment — à droite | | Règle | Même nombre d'atomes de chaque côté | | Coefficient | Nombre devant la formule (on peut le modifier) | | Indice | Nombre dans la formule (on ne le modifie JAMAIS) | | Lavoisier | Rien ne se crée, rien ne se perd, tout se transforme | --- ## Erreurs fréquentes à éviter - **Modifier les indices au lieu des coefficients** : on ne change JAMAIS les indices dans une formule chimique. Écrire H₄O au lieu de 2 H₂O est interdit — cela créerait une molécule qui n'existe pas - **Oublier d'équilibrer tous les atomes** : vérifier systématiquement CHAQUE élément (C, H, O, N, Fe...) des deux côtés de la flèche. Un seul élément oublié = équation fausse - **Ne pas vérifier l'équilibrage final** : toujours recompter le nombre d'atomes de chaque élément après avoir ajusté les coefficients. L'erreur la plus courante est d'équilibrer un élément tout en déséquilibrant un autre --- ## Différenciation - **Remédiation** : utiliser des jetons de couleur (1 couleur par élément) pour équilibrer visuellement des équations simples (C + O₂ → CO₂, puis H₂ + O₂ → H₂O) - **Approfondissement** : équilibrer des équations plus complexes comme la combustion de l'éthanol (C₂H₅OH + O₂ → CO₂ + H₂O) et vérifier le résultat avec la simulation PhET "Équilibrer les équations chimiques" --- ## Ressources associées - PDF cours : `../sources/ch05-equilibrer-reactions/4C5-equilibrer-reactions.pdf` - Activité 7 : `../sources/ch05-equilibrer-reactions/4eme-activite7-p36-fuite-gaz-explosion.pdf` - H5P QCM Ch.5 : `../sources/ch05-equilibrer-reactions/physique-chimie-4eme-equilibrer-reactions-ch5.h5p` - H5P Devoir + Activité 7 : `../sources/ch05-equilibrer-reactions/physique-chimie-4eme-equilibrer-devoir-activite7.h5p` - [[liens-web-atomes-molecules|Liens web]] — vidéo équilibrage, PhET simulation ## Navigation - Précédent : [[4e-04-les-combustions|Ch.4 — Les Combustions]] - Suivant : [[4e-06-electricite-rappels-5eme|Ch.6 — Électricité rappels 5eme]] - [[4-INDEX|Index 4eme]]