L'équation de réaction chimique

Exercice 1 — Vocabulaire et loi de Lavoisier
1. Définition d'une réaction chimique (2 pts)
Une réaction chimique est un phénomène au cours duquel des substances initiales appelées réactifs (écrites à gauche de la flèche) se transforment en de nouvelles substances appelées produits (écrites à droite de la flèche). Les atomes présents dans les réactifs se réarrangent pour former les produits : ils ne sont ni créés ni détruits.

2. Loi de conservation de la masse / loi de Lavoisier (1 pt)
« Rien ne se perd, rien ne se crée, tout se transforme. » La masse totale des réactifs est égale à la masse totale des produits lors d'une réaction chimique. Autrement dit, le nombre d'atomes de chaque élément est identique avant et après la réaction.

3. Calcul de la masse d'oxyde de calcium (1 pt)
Données : masse de calcium = 10 g ; masse de dioxygène = 8 g.
D'après la loi de conservation de la masse :
masse d'oxyde de calcium = masse de calcium + masse de dioxygène = 10 + 8 = 18 g.
Justification : en système fermé, la masse totale se conserve ; les atomes de Ca et O se réarrangent pour former CaO sans qu'aucun atome ne soit perdu.

Exercice 2 — Équilibrage d'équations
1. Équilibrage de H₂ + O₂ → H₂O (2 pts)
Étape 1 — Équation non équilibrée : H₂ + O₂ → H₂O
Étape 2 — Tableau des atomes :

• Avant (gauche) : H = 2 ; O = 2
• Après (droite) : H = 2 ; O = 1

L'oxygène n'est pas équilibré (2 ≠ 1).
Étape 3 — Ajustement : On place le coefficient 2 devant H₂O :
H₂ + O₂ → 2 H₂O
Nouveau bilan : gauche H = 2, O = 2 ; droite H = 4, O = 2. L'hydrogène n'est pas équilibré (2 ≠ 4).
On place le coefficient 2 devant H₂ :
2 H₂ + O₂ → 2 H₂O
Étape 4 — Vérification :

• H : gauche 2×2 = 4 ; droite 2×2 = 4 ✓
• O : gauche 1×2 = 2 ; droite 2×1 = 2 ✓

Équation équilibrée : 2 H₂ + O₂ → 2 H₂O

2. Équilibrage de Al + O₂ → Al₂O₃ (2 pts)
Équation non équilibrée : Al + O₂ → Al₂O₃
Bilan initial : Al : 1 vs 2 ; O : 2 vs 3 — rien n'est équilibré.
On commence par équilibrer O : ppcm(2, 3) = 6 → placer 3 devant O₂ et 2 devant Al₂O₃ :
Al + 3 O₂ → 2 Al₂O₃
Al : gauche 1 ; droite 2×2 = 4 → placer 4 devant Al :
4 Al + 3 O₂ → 2 Al₂O₃
Vérification : Al : 4 = 4 ✓ ; O : 3×2 = 6 = 2×3 = 6 ✓
Équation équilibrée : 4 Al + 3 O₂ → 2 Al₂O₃

3. Pourquoi ne pas modifier les indices des formules ? (2 pts)
Les formules chimiques (H₂O, Al₂O₃…) représentent des molécules réelles dont la composition est fixée par la nature. Modifier un indice (par exemple écrire H₄O au lieu de H₂O) revient à inventer une molécule qui n'existe pas et qui aurait des propriétés totalement différentes. On ne peut donc modifier que les coefficients stœchiométriques placés devant les formules, car cela ne change que le nombre de molécules, pas leur nature.

Exercice 3 — Analyse d'une équation : combustion du propane
Équation donnée : C₃H₈ + 5 O₂ → 3 CO₂ + 4 H₂O

a) Réactifs et produits (1 pt)

• Réactifs (à gauche de la flèche) : le propane (C₃H₈) et le dioxygène (O₂).
• Produits (à droite de la flèche) : le dioxyde de carbone (CO₂) et l'eau (H₂O).

b) Vérification de l'équilibrage — tableau des atomes (2 pts)

Élément	Côté gauche (réactifs)	Côté droit (produits)	Équilibré ?
C	1 × 3 = 3	3 × 1 = 3	✓
H	1 × 8 = 8	4 × 2 = 8	✓
O	5 × 2 = 10	3×2 + 4×1 = 6 + 4 = 10	✓

L'équation est bien équilibrée : le nombre d'atomes de chaque élément est identique de chaque côté.

c) Coefficient stœchiométrique de O₂ et sa signification (1 pt)
Le coefficient stœchiométrique de O₂ est 5.
Il signifie que 5 molécules de dioxygène sont nécessaires pour faire réagir 1 molécule de propane (C₃H₈) — c'est la proportion dans laquelle les réactifs s'engagent dans la réaction.

Exercice 4 — Calcul de masse et bilan
Équation : CH₄ + 2 O₂ → CO₂ + 2 H₂O

a) Masse totale des produits (1 pt)
Données : masse de CH₄ = 8 g ; masse de O₂ = 32 g.
D'après la loi de conservation de la masse :
masse totale des produits = masse totale des réactifs = 8 + 32 = 40 g.

b) Masse d'eau formée (2 pts)
La masse totale des produits est répartie entre CO₂ et H₂O :
masse(CO₂) + masse(H₂O) = 40 g
22 g + masse(H₂O) = 40 g
masse(H₂O) = 40 − 22 = 18 g.
Justification : la conservation de la masse garantit que la somme des masses des produits est égale à la somme des masses des réactifs (40 g). On soustrait la masse de CO₂ récupérée pour trouver la masse d'eau.

c) Test expérimental de détection de l'eau (1 pt)
On utilise du sulfate de cuivre anhydre (poudre blanche). Au contact de l'eau, il se colore en bleu. Ce changement de couleur blanc → bleu confirme la présence d'eau parmi les produits. (On peut aussi citer : l'eau fait monter la buée sur une surface froide.)

Exercice 5 — Question ouverte : rôle des atomes
Réponse attendue (2 pts)
Lors d'une réaction chimique, les atomes présents dans les réactifs ne disparaissent pas et aucun nouvel atome n'est créé : ils se réarrangent simplement pour former les produits. C'est précisément ce qu'affirme la loi de conservation de la masse (loi de Lavoisier).
Or, une équation chimique est une représentation symbolique de cette transformation. Pour qu'elle soit fidèle à la réalité (conservation des atomes), il est obligatoire que le nombre d'atomes de chaque élément soit identique à gauche (réactifs) et à droite (produits) de la flèche. Une équation non équilibrée signifierait que des atomes ont été créés ou détruits, ce qui est impossible d'après la loi de Lavoisier.
(Critères : mention des atomes qui se conservent/se réarrangent + lien explicite avec la loi de Lavoisier + notion d'équilibre réactifs/produits.)