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Collège · 4ᵉ · Chimie

L'équation de réaction chimique

Écrire et équilibrer une équation chimique

À propos de cette page
Ce cours de chimie en quatrième sur « L'équation de réaction chimique » suit le programme officiel de chimie de quatrième. Il présente les définitions, les propriétés et les méthodes essentielles, accompagnées d'exemples résolus pour bien comprendre. Au programme : Rappels : atomes, molécules et transformations chimiques, Réactifs et produits d'une réaction chimique, La loi de conservation de la masse (Lavoisier), L'équation de réaction : écriture symbolique. Chaque notion est expliquée pas à pas, puis mise en pratique grâce à des exercices interactifs, un QCM et une évaluation corrigée. Idéal pour réviser à son rythme, combler ses lacunes et progresser, en autonomie ou avec un professeur. Cours rédigé par un professeur particulier à Marseille pour aider les élèves de quatrième à réussir en chimie.
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Rappels : atomes, molécules et transformations chimiques

La matière est constituée d'atomes. Un atome est la plus petite unité d'un élément chimique. Plusieurs atomes liés ensemble forment une molécule.

Lors d'une transformation chimique, les liaisons entre atomes sont rompues et de nouvelles liaisons se forment : on obtient de nouvelles substances aux propriétés différentes. En revanche, les atomes eux-mêmes ne sont ni créés ni détruits.

Définition. Une transformation chimique est un phénomène au cours duquel des substances initiales (les réactifs) disparaissent et de nouvelles substances (les produits) apparaissent.

On distingue les transformations chimiques (combustion, dissolution dans un acide, oxydation…) des transformations physiques (fusion, vaporisation…), où les substances ne changent pas de nature.

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Réactifs et produits d'une réaction chimique

Dans une réaction chimique, on appelle :

  • Réactifs : les substances qui sont consommées au cours de la réaction (elles disparaissent totalement ou partiellement).
  • Produits : les nouvelles substances formées lors de la réaction.
Exemple. Lors de la combustion du méthane dans le dioxygène : le méthane (CH₄) et le dioxygène (O₂) sont les réactifs ; le dioxyde de carbone (CO₂) et l'eau (H₂O) sont les produits.

On peut identifier les réactifs et les produits grâce à des tests caractéristiques :

  • L'eau : elle bleuit le sulfate de cuivre anhydre (blanc → bleu).
  • Le dioxyde de carbone : il trouble l'eau de chaux.
  • Le dioxygène : il ravive la flamme d'une allumette en braise.
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La loi de conservation de la masse (Lavoisier)

Loi de Lavoisier (1789). « Rien ne se perd, rien ne se crée, tout se transforme. » La masse totale des réactifs est égale à la masse totale des produits.

Cela signifie que :

  • Les atomes ne disparaissent pas lors d'une réaction chimique.
  • Aucun atome nouveau n'est créé.
  • Les atomes se réarrangent pour former de nouvelles molécules.
Exemple numérique. On fait brûler 12 g de carbone avec 32 g de dioxygène. On obtient du dioxyde de carbone. Masse des produits = 12 + 32 = 44 g de CO₂.
Astuce. En système fermé, la masse ne change pas. Si la balance indique une variation, c'est qu'un gaz est entré ou s'est échappé (le système n'était pas fermé).

Cette loi implique que le nombre d'atomes de chaque élément doit être le même avant et après la réaction : c'est le principe de l'équilibrage des équations.

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L'équation de réaction : écriture symbolique

Une équation de réaction chimique est l'écriture symbolique d'une transformation chimique, utilisant les formules chimiques des réactifs et des produits.

Structure d'une équation de réaction.
Réactif 1 + Réactif 2 → Produit 1 + Produit 2
La flèche (→) signifie « donne » ou « se transforme en ».

Règles d'écriture :

  • Les réactifs s'écrivent à gauche de la flèche.
  • Les produits s'écrivent à droite de la flèche.
  • Le signe + sépare les différents réactifs (ou produits).
  • On peut indiquer l'état physique : (g) gazeux, (l) liquide, (s) solide, (aq) en solution aqueuse.
Exemple. La combustion du carbone :
C (s) + O₂ (g) → CO₂ (g)
Le carbone solide réagit avec le dioxygène gazeux pour former du dioxyde de carbone gazeux.
Attention ! On n'a pas le droit de modifier les formules chimiques pour équilibrer une équation. Par exemple, on ne peut pas écrire O₃ à la place de O₂ pour faire correspondre les atomes.
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Équilibrer une équation chimique : méthode pas à pas

Une équation est équilibrée (ou ajustée) quand le nombre d'atomes de chaque élément chimique est identique des deux côtés de la flèche.

Méthode générale :

  • Étape 1. Écrire l'équation non équilibrée avec les formules correctes.
  • Étape 2. Compter les atomes de chaque élément de chaque côté.
  • Étape 3. Ajuster les coefficients stœchiométriques (entiers, devant les formules) pour égaliser.
  • Étape 4. Vérifier en recomptant tous les atomes.
Exemple : combustion de l'hydrogène.
Équation non équilibrée : H₂ + O₂ → H₂O
Bilan atomes : H : 2 = 2 ✓ ; O : 2 ≠ 1 ✗
On place le coefficient 2 devant H₂O : H₂ + O₂ → 2 H₂O
Bilan : H : 2 ≠ 4 ✗
On place le coefficient 2 devant H₂ : 2 H₂ + O₂ → 2 H₂O
Bilan : H : 4 = 4 ✓ ; O : 2 = 2 ✓
Équation équilibrée : 2 H₂ + O₂ → 2 H₂O
Astuce. Commence toujours par les éléments qui n'apparaissent qu'une seule fois de chaque côté. Laisse O₂ et H₂O pour la fin dans les combustions.
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Les coefficients stœchiométriques

Définition. Les coefficients stœchiométriques sont les nombres entiers (1, 2, 3…) placés devant les formules chimiques dans une équation équilibrée. Ils indiquent les proportions relatives des substances qui réagissent et qui se forment.

Propriétés des coefficients :

  • Ce sont des entiers naturels non nuls.
  • Le coefficient 1 n'est pas écrit (sous-entendu).
  • Ils peuvent être simplifiés si tous ont un diviseur commun.
  • Ils indiquent le nombre de molécules (ou d'unités formulaires) qui interviennent.
Exemple. Dans 2 H₂ + O₂ → 2 H₂O :
— 2 molécules de dihydrogène réagissent avec 1 molécule de dioxygène
— pour former 2 molécules d'eau.
Attention ! Ne pas confondre le coefficient stœchiométrique (nombre de molécules) avec l'indice dans la formule chimique (nombre d'atomes dans une molécule). Dans H₂O, le « 2 » indice signifie 2 atomes d'H dans une molécule d'eau.
ÉcritureSignification
2 H₂O2 molécules d'eau
H₂1 molécule de dihydrogène (coeff. 1 implicite)
3 O₂3 molécules de dioxygène
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Exemples d'équations classiques du programme

Voici les principales équations de réaction chimique à connaître en 4e :

RéactionÉquation équilibrée
Combustion du carboneC + O₂ → CO₂
Combustion du dihydrogène2 H₂ + O₂ → 2 H₂O
Combustion du méthaneCH₄ + 2 O₂ → CO₂ + 2 H₂O
Formation de l'oxyde de cuivre2 Cu + O₂ → 2 CuO
Réaction du fer avec le soufreFe + S → FeS
Décomposition de l'eau (électrolyse)2 H₂O → 2 H₂ + O₂
Astuce mémorisation. Pour retenir la combustion du méthane, retiens : « 1 méthane + 2 dioxygènes → 1 CO₂ + 2 eaux ». Le coefficient 2 apparaît deux fois (devant O₂ et H₂O).
À retenir. Une équation chimique est équilibrée si et seulement si, pour chaque élément chimique, le nombre d'atomes total est identique dans les réactifs et dans les produits.
En bref
  • Une équation de réaction s'écrit : Réactifs → Produits
  • La loi de Lavoisier : la masse se conserve lors d'une transformation chimique.
  • Pour équilibrer : on ajuste les coefficients stœchiométriques (entiers) devant les formules, sans jamais modifier les indices dans les formules.
  • L'équation est équilibrée quand le nombre d'atomes de chaque élément est identique de chaque côté de la flèche.
  • Exemples à retenir : 2 H₂ + O₂ → 2 H₂O ; CH₄ + 2 O₂ → CO₂ + 2 H₂O
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