Les réactions chimiques sont importantes car elles permettent la transformation de la matière, l'échange et le stockage d'énergie, l'équilibre environnemental, la compréhension de la matière, ainsi que les processus biologiques et médicaux. Elles sont au cœur de nombreux domaines scientifiques et ont des applications pratiques très importantes
Expériences⚓
Transformations chimiques
Dans le dioxygène, le carbone brûle et donne du dioxyde de carbone (gaz carbonique).
Lorsque l'acide chlorhydrique attaque le zinc, il se produit du dihydrogène et un dégagement de chaleur. D'autres expériences montrent la formation aussi du chlorure de zinc.
Ces transformations font disparaitre des corps purs et font apparaitre d’autres corps purs. Elles sont appelées réactions chimiques.
Définition⚓
Définition :
Une réaction chimique est une transformation d’entités chimiques en d'autres entités chimiques.
Les entités chimiques qui réagissent ou qui disparaissent sont appelés réactifs. Les entités chimiques qui se forment ou qui apparaissent lors de la réaction sont les produits de la réaction
Aspects énergétiques⚓
Il existe trois types de réaction :
Exothermique : réaction qui s'accompagne d'un dégagement de chaleur. Exemple : réaction entre l'acide chlorhydrique et le zinc
Endothermique : réaction qui absorbe de la chaleur. Exemple : la décomposition de l’ammoniac.
Athermique : réaction qui n'absorbe ni ne dégage de la chaleur. . Exemple : la réaction d’estérification.
lois de conservation⚓
Au cours d'une réaction chimique, il y a une conservation de la matière.
La matière étant constituée d'atomes qui représentent les éléments chimiques, il y a alors conservation des atomes présents dans les différents réactifs.
Ces atomes se sont réorganisés pour donner les produits.
Enoncé de la loi de conservation:
Au cours d’une réaction chimique, il y a conservation de la masse et des éléments chimiques.
Les réactifs et les produits sont constitués des mêmes éléments chimiques différemment associés.
Représentation d'une réaction chimique⚓
Equation de la réaction
Elle indique les différentes espèces chimiques (réactifs et produits) qui entrent en jeu au cours de la réaction : c'est une représentation qualitative de la réaction. Les réactifs sont écrits à gauche et les produits à droite. Réactifs et produits sont séparés par une flèche qui indique le sens de la transformation.
On utilise les formules chimiques des réactifs et des produits pour représenter une réaction chimique. On obtient une écriture symbolique appelée équation-bilan.
Complément : Equation chimique
Une équation chimique est la traduction d’une réaction chimique par des symboles et des formules chimiques.
Exemple :
Combustion du carbone dans le dioxygène : C + O2 → CO2
réaction entre le fer et le soufre : Fe + S → FeS
Complément : Equation-bilan
Une équation chimique équilibrée est appelée équation-bilan. L’équation chimique doit être équilibrée pour rendre compte de la conservation de la matière. Les coefficients ajoutés pour l’équilibrage sont appelés coefficients stœchiométriques.
L'équation-bilan conserve les éléments chimiques (on a les mêmes éléments chimiques dans les réactifs que dans les produits) et le nombre d'atomes de chaque élément chimique (pour un élément donné, on a le même nombre d'atomes dans les réactifs que dans les produits).
Exemple :
Synthèse de l'ammoniac : N2 + 3 H2 → 2 NH3
Combustion du magnésium : 2Mg + O2 → 2MgO
Combustion du propane : C3H8 + 5 O2 → 3CO2 + 4H2O
Réaction entre l’acide chlorhydrique et le zinc : 2(H+ + Cℓ-) + Zn → (Zn 2+ + 2Cℓ-) + H2
Complément : Signification de l’équation-bilan d’une réaction chimique
Au plan macroscopique, l’équation signifie que des moles de réactifs correspondent à des moles de produits.
Au plan microscopique, l’équation signifie que des entités chimiques (atomes, molécules, ou ions) de réactifs se transforment en d’autres entités chimiques (atomes, molécules, ou ions) de produits.
Exemple : Electrolyse de l'eau
L’équation-bilan de l’électrolyse de l’eau (2 H2O → 2 H2 + O2 ) signifie qu’au plan :
macroscopique, deux moles de molécules d’eau donnent deux moles de molécules de dihydrogène et une mole de molécules de dioxygène.
microscopique, deux molécules d’eau donnent deux molécules de dihydrogène et une molécule de dioxygène.
Nota Bene : Vérification de la loi de conservation de la masse
Exemple : combustion du propane dans le dioxygène
2 H2O → 2 H2 + O2
2(2x1g +1x16g) = 2(2x1g) + 1(2x16g)
36g = 4g + 32g
36g = 36g
Exemple : Problème 1
Le carbone réduit l’oxyde de cuivre selon l’équation chimique suivante :
CuO + C → Cu + CO2
1-Ecris l’équation bilan de la réaction.
2-Quelle masse de cuivre obtient- on après réduction de 147 g d’oxyde de cuivre (CuO) ?
3-Calcule la quantité de matière de carbone pour cette réduction.
4-Trouve la quantité de matière et le volume de dioxyde de carbone (CO2) dans les conditions normales de température et de pression.
On donne en g. mol-1 : M (Cu) = 63,5 ; Vm =22,4 L. mol-1
Résolution 1
1-Equation bilan : 2Cu O + C → 2Cu + CO2
Bilan molaire : n1 /2 = n2/1 = n3/2 = n4 /1
2-Masse de cuivre obtenue.
n1 (quantité de matière d’oxyde de cuivre) =)\(\frac{m}{M}\)
n1=147 /73,5 n1 = 2mol
n1/2 = n3/2 d’où n3 =2mol
m(Cu )= n3 x M(Cu); m(Cu) =2x63,5=127g
3-Quantité de matière de carbone
n1/2 = n2/1 ; n2 =1mol
4-1Quantité de matière de dioxyde de carbone (CO2)
\(\frac{n_1}{2}\)= \(\frac{n_4}{1}\) ; n4 =1 mol
4-2 Volume du dioxyde d carbone.
V = n4 x Vm.
V = 1mol x22,4 L. mol-1 = 22,4L.