Équation de réaction : écrire et ajuster

Le silicium des puces électroniques se couvre d’une fine couche de silice quand on le chauffe dans le dioxygène : Si + O₂ → SiO₂. Complète.

1. Le silicium est un de cette transformation.
   Il est écrit à gauche de la flèche : il est consommé, c’est un réactif.
2. La silice SiO₂ est écrite à de la flèche : c’est le produit.
   Les produits, formés pendant la transformation, s’écrivent à droite de la flèche.
3. L’équation se lit : silicium plus dioxygène «  » silice.
   La flèche se lit « donne » : elle va des réactifs vers les produits.

Écris la formule qui manque dans l’écriture de la transformation (sans coefficients).

1. Fer + dichlore → chlorure de fer (FeCl₃) : Fe + → FeCl₃
   Le dichlore est formé de molécules de deux atomes de chlore : Cl₂.
2. Heptane (C₇H₁₆) + dioxygène → dioxyde de carbone + eau : C₇H₁₆ + O₂ → + H₂O
   Le dioxyde de carbone a pour formule CO₂ ; il s’écrit à droite, avec l’autre produit.
3. Calcium + eau → hydroxyde de calcium (Ca(OH)₂) + dihydrogène : Ca + H₂O → Ca(OH)₂ +
   Le dihydrogène est formé de molécules de deux atomes d’hydrogène : H₂.

Dans une lampe à alcool, l’éthanol C₂H₆O brûle dans l’air, un mélange de diazote et de dioxygène : il se forme du dioxyde de carbone et de l’eau. Quand on éteint la lampe, il reste de l’éthanol dans le réservoir.

1. À gauche de la flèche, on écrit : C₂H₆O +
   Seul le dioxygène de l’air réagit : on écrit O₂, jamais « air ».
2. Le diazote de l’air ne réagit pas : c’est une espèce , on ne l’écrit pas dans l’équation.
   Une espèce présente qui ne réagit pas est spectatrice : elle n’apparaît pas dans l’équation.
3. L’éthanol resté dans le réservoir n’a pas réagi : on ne l’écrit pas à de la flèche.
   À droite, on n’écrit que les produits formés : le dioxyde de carbone et l’eau. L’équation décrit ce qui réagit, pas ce qui reste.

Le sucre de table (le saccharose C₁₂H₂₂O₁₁) brûle selon l’équation : C₁₂H₂₂O₁₁ + 12 O₂ → 12 CO₂ + 11 H₂O.

1. Nombre d’atomes d’oxygène à gauche de la flèche :
   Saccharose : 11 ; dioxygène : $12\times 2=24$. En tout $11+24=35$ atomes d’oxygène.
2. Nombre d’atomes d’hydrogène à droite de la flèche :
   $11\times 2=22$ atomes d’hydrogène, autant que dans C₁₂H₂₂O₁₁.
3. Nombre de molécules à droite de la flèche :
   $12+11=23$ molécules à droite, contre $1+12=13$ à gauche : le nombre de molécules change, l’équation est pourtant ajustée.

Chaque écriture n’est pas ajustée : un seul élément n’est pas conservé. Écris le nom de cet élément.

1. Préparation du vanadium : 3 V₂O₅ + 10 Al → 5 Al₂O₃ + 3 V. Élément non conservé :
   Vanadium : $3\times 2=6$ à gauche, 3 à droite. Aluminium : 10 et $5\times 2=10$ ; oxygène : $3\times 5=15$ et $5\times 3=15$. Il faut 6 V à droite.
2. Récupération du soufre du gaz naturel : 2 H₂S + SO₂ → S + 2 H₂O. Élément non conservé :
   Soufre : $2+1=3$ à gauche, 1 à droite. Hydrogène : 4 et 4 ; oxygène : 2 et 2. Il faut 3 S à droite.
3. Le méthane chauffé avec de la vapeur d’eau (vaporeformage) : CH₄ + H₂O → CO + 2 H₂. Élément non conservé :
   Hydrogène : $4+2=6$ à gauche, $2\times 2=4$ à droite. Carbone : 1 et 1 ; oxygène : 1 et 1. Il faut 3 H₂ à droite.

Pour « monoxyde de carbone + dihydrogène → méthanol (CH₄O) », trois élèves proposent. Ana : CO + H₂ → CH₂O. Bilal : CO + 2 H₂ → CH₄O. Chloé : 2 CO + 4 H₂ → 2 CH₄O.

1. Ana a changé la du produit : CH₂O n’est pas le méthanol.
   Elle a écrit une autre formule, donc une autre espèce : on ne change jamais une formule pour ajuster.
2. L’équation de Chloé est ajustée, mais il faut diviser tous ses coefficients par .
   Tous ses coefficients (2, 4, 2) sont pairs : on les divise par 2 pour avoir les plus petits entiers.
3. Dans l’équation de Bilal, nombre d’atomes d’hydrogène de chaque côté :
   À gauche : $2\times 2=4$ ; à droite : CH₄O contient 4 atomes d’hydrogène. Carbone 1 et 1, oxygène 1 et 1 : son équation est la bonne.

Trouve le coefficient manquant (écris un nombre).

1. Le lithium brûle : Li + O₂ → 2 Li₂O
   À droite : $2\times 2=4$ atomes de lithium ; il faut 4 Li. Oxygène : 2 et 2.
2. Le tétraoxyde de diazote se dissocie en dioxyde d’azote : N₂O₄ → NO₂
   À gauche : 2 N et 4 O ; 2 NO₂ comptent 2 N et 4 O.
3. Le chlorate de potassium chauffé libère du dioxygène : 2 KClO₃ → 2 KCl + O₂
   Oxygène à gauche : $2\times 3=6$ ; il faut 3 O₂ ($3\times 2=6$). Potassium et chlore : 2 et 2.

Ajuste l’équation avec les plus petits coefficients entiers, puis donne le coefficient demandé.

1. Al + HCl → AlCl₃ + H₂. Coefficient devant HCl :
   Chlore : 3 dans AlCl₃, et H₂ demande un nombre pair d’atomes H : 2 AlCl₃ et 6 HCl, puis 3 H₂, puis 2 Al. $2\text{Al}+6\text{HCl}\to 2{\text{AlCl}}_3+3{\text{H}}_2$.
2. Fabrication du silicium très pur : SiCl₄ + H₂ → Si + HCl. Coefficient devant HCl :
   Chlore : 4 à gauche, donc 4 HCl ; hydrogène : 4 à droite, donc 2 H₂. ${\text{SiCl}}_4+2{\text{H}}_2\to \text{Si}+4\text{HCl}$.
3. Préparation du tungstène des filaments : WO₃ + H₂ → W + H₂O. Coefficient devant H₂ :
   Oxygène : 3 à gauche, donc 3 H₂O ; hydrogène : 6 à droite, donc 3 H₂. ${\text{WO}}_3+3{\text{H}}_2\to \text{W}+3{\text{H}}_2\text{O}$.

Ajuste chaque combustion avec les plus petits coefficients entiers (écris 1 si le coefficient vaut 1).

1. Benzène : C₆H₆ + O₂ → CO₂ + H₂O
   C : 6 CO₂ ; H : 3 H₂O ; O à droite : $12+3=15$, il faudrait 15 ÷ 2 O₂ : je double. $2{\text{C}}_6{\text{H}}_6+15{\text{O}}_2\to 12{\text{CO}}_2+6{\text{H}}_2\text{O}$ (O : 30 et 30).
2. Nonane, un constituant du kérosène : C₉H₂₀ + O₂ → CO₂ + H₂O
   C : 9 CO₂ ; H : 10 H₂O ; O à droite : $18+10=28$, donc 14 O₂. ${\text{C}}_9{\text{H}}_{20}+14{\text{O}}_2\to 9{\text{CO}}_2+10{\text{H}}_2\text{O}$.
3. Glycol, l’antigel des voitures : C₂H₆O₂ + O₂ → CO₂ + H₂O
   Pour 1 C₂H₆O₂ : 2 CO₂ et 3 H₂O, soit $4+3=7$ O à droite ; le glycol en apporte 2, il en faut 5, soit 5 ÷ 2 O₂ : je double. $2{\text{C}}_2{\text{H}}_6{\text{O}}_2+5{\text{O}}_2\to 4{\text{CO}}_2+6{\text{H}}_2\text{O}$ (O : $4+10=14$ et $8+6=14$).

Le propène brûle selon : 2 C₃H₆ + 9 O₂ → 6 CO₂ + 6 H₂O. Réponds par un nombre de molécules.

1. Pour 4 molécules de propène, dioxygène consommé :
   4, c’est 2 fois 2 : $9\times 2=18$ molécules de dioxygène.
2. Pour 10 molécules de propène, dioxyde de carbone formé :
   10, c’est 5 fois 2 : $6\times 5=30$ molécules de CO₂.
3. Pour 27 molécules de dioxygène consommées, propène consommé :
   27, c’est 3 fois 9 : $2\times 3=6$ molécules de propène.

Dans l’air humide, le dioxyde d’azote rejeté par les moteurs se change en acide nitrique : 4 NO₂ + O₂ + 2 H₂O → 4 HNO₃. Réponds par un nombre de molécules.

1. Pour 20 molécules de NO₂, dioxygène consommé :
   20, c’est 5 fois 4 : $1\times 5=5$ molécules de O₂.
2. Pour 8 molécules d’eau consommées, acide nitrique HNO₃ formé :
   8, c’est 4 fois 2 : $4\times 4=16$ molécules de HNO₃.
3. Pour 3 molécules de dioxygène consommées, NO₂ consommé :
   3 fois plus que dans l’équation : $4\times 3=12$ molécules de NO₂.

Pour obtenir du zinc, on chauffe de l’oxyde de zinc avec du carbone : ZnO + C → Zn + CO. Bilan de référence : 8,14 g d’oxyde de zinc réagissent exactement avec 1,20 g de carbone et forment 6,54 g de zinc et 2,80 g de monoxyde de carbone.

1. Pour 24,42 g d’oxyde de zinc, masse de carbone consommée : g
   $24,42÷8,14=3$ : trois fois plus. Carbone : $1,20\times 3=3,60$ g.
2. Pour ces 24,42 g d’oxyde de zinc, masse de zinc obtenue : g
   Trois fois plus : $6,54\times 3=19,62$ g de zinc.
3. Pour obtenir 3,27 g de zinc, masse d’oxyde de zinc nécessaire : g
   $3,27÷6,54=0,5$ : deux fois moins. Oxyde de zinc : $8,14÷2=4,07$ g.

Le phosgène, un gaz toxique, se fabrique en usine : CO + Cl₂ → COCl₂. On mélange 4 molécules de monoxyde de carbone et 6 molécules de dichlore.

1. Réactif limitant : le
   Une molécule de CO pour une de Cl₂ : les 4 CO ne consomment que 4 Cl₂. Le monoxyde de carbone est entièrement consommé.
2. Nombre de molécules de phosgène formées :
   On calcule avec le réactif limitant : 4 CO donnent 4 COCl₂.
3. Nombre de molécules de dichlore restantes :
   $6-4=2$ molécules de Cl₂ n’ont pas réagi : le dichlore était en excès.

Le silicium brûle dans le dichlore : Si + 2 Cl₂ → SiCl₄. On fait réagir 10 atomes de silicium avec 14 molécules de dichlore.

1. Molécules de dichlore qu’il faudrait pour les 10 atomes de silicium :
   2 Cl₂ par atome de silicium : $10\times 2=20$ molécules.
2. Molécules de SiCl₄ formées :
   On n’a que 14 Cl₂ : le dichlore est limitant. $14÷2=7$ atomes de silicium réagissent et forment 7 SiCl₄.
3. Atomes de silicium restants :
   $10-7=3$ atomes de silicium restent : le silicium était en excès.

Dans la Station spatiale internationale, le dioxyde de carbone rejeté par les astronautes réagit avec du dihydrogène : CO₂ + 4 H₂ → CH₄ + 2 H₂O ; l’eau formée est récupérée. Bilan de référence : 2,2 g de dioxyde de carbone réagissent exactement avec 0,4 g de dihydrogène et forment 0,8 g de méthane et 1,8 g d’eau. Dans le réacteur, on fait arriver 6,6 g de dioxyde de carbone et 1,0 g de dihydrogène.

1. Masse de dihydrogène qu’il faudrait pour 6,6 g de dioxyde de carbone : g
   $6,6÷2,2=3$ : trois fois plus. Dihydrogène : $0,4\times 3=1,2$ g.
2. Réactif limitant : le
   Il faudrait 1,2 g de dihydrogène et on n’en a que 1,0 g : le dihydrogène manque, il est limitant.
3. Masse de dioxyde de carbone qui reste à la fin : g
   $1,0÷0,4=2,5$ : il réagit $2,2\times 2,5=5,5$ g de dioxyde de carbone. Reste : $6,6-5,5=1,1$ g.
4. Masse de méthane formée : g
   Avec le réactif limitant, 2,5 fois le bilan de référence : $0,8\times 2,5=2,0$ g de méthane. Vérification : $5,5+1,0=6,5$ g de réactifs consommés, et $2,0+1,8\times 2,5=2,0+4,5=6,5$ g de produits.