Niveau : Moyen — Durée estimée : 45 min — 10 exercices avec corrections détaillées
Rappel des notions clés
Une transformation chimique est un passage d'un état initial (les réactifs) à un état final (les produits). Durant ce processus, les liaisons entre les atomes se rompent et se reforment, mais aucun atome ne disparaît ni n'est créé : c'est la loi de conservation de la masse de Lavoisier.
Pour traduire ce phénomène, on écrit une équation chimique. Équilibrer une équation consiste à ajouter des coefficients stœchiométriques devant les formules chimiques pour que le nombre de chaque type d'atome soit identique à gauche et à droite de la flèche.
N'oublie jamais : on ne modifie jamais les petits indices au sein d'une formule (comme le 2 dans $H_2O$), on ne modifie que les grands chiffres devant (les coefficients).
Méthode d'équilibrage :
- Compter les atomes de chaque élément des deux côtés.
- Commencer par les atomes présents dans une seule molécule de chaque côté.
- Finir par l'oxygène et l'hydrogène qui sont souvent les plus fréquents.
- Vérifier que la charge électrique globale est aussi conservée.
Exercices — Niveau Facile
Exercice 1 : Équilibre l'équation de la combustion du carbone : $C + O_2 \rightarrow CO_2$. Vérifie si elle est déjà équilibrée.
Correction :
Comptage des atomes :
- Réactifs : 1 Carbone (C), 2 Oxygènes (O).
- Produits : 1 Carbone (C), 2 Oxygènes (O).
L'équation est déjà équilibrée : $C + O_2 \rightarrow CO_2$.
Exercice 2 : Équilibre l'équation de la synthèse de l'eau : $H_2 + O_2 \rightarrow H_2O$.
Correction :
1. Côté réactifs : 2 O. Côté produits : 1 O. On place un 2 devant $H_2O$.
2. On a maintenant 4 H côté produits ($2 \times 2$). On place un 2 devant $H_2$ côté réactifs.
L'équation équilibrée est : $2H_2 + O_2 \rightarrow 2H_2O$.
Exercice 3 : Lors de la combustion complète du méthane ($CH_4$) dans le dioxygène ($O_2$), il se forme du dioxyde de carbone ($CO_2$) et de l'eau ($H_2O$). Identifie les réactifs et les produits.
Correction :
Les substances consommées sont les réactifs, les substances formées sont les produits.
- Réactifs : Méthane ($CH_4$) et Dioxygène ($O_2$).
- Produits : Dioxyde de carbone ($CO_2$) et Eau ($H_2O$).
Exercices — Niveau Moyen
Exercice 4 : Équilibre l'équation de combustion du méthane identifiée à l'exercice précédent : $CH_4 + O_2 \rightarrow CO_2 + H_2O$.
Correction :
1. Carbone : 1 de chaque côté. Ok.
2. Hydrogène : 4 à gauche, 2 à droite. On met un 2 devant $H_2O$. On a $CH_4 + O_2 \rightarrow CO_2 + 2H_2O$.
3. Oxygène : 2 à gauche, 4 à droite ($2 + 2$). On met un 2 devant $O_2$.
L'équation finale est : $CH_4 + 2O_2 \rightarrow CO_2 + 2H_2O$.
Exercice 5 : Équilibre l'équation suivante : $Al + O_2 \rightarrow Al_2O_3$ (formation de l'alumine).
Correction :
1. Oxygène : 2 à gauche, 3 à droite. Le plus petit commun multiple est 6. On met 3 devant $O_2$ et 2 devant $Al_2O_3$.
2. Aluminium : On a maintenant 4 Al à droite ($2 \times 2$). On met 4 devant Al à gauche.
L'équation équilibrée est : $4Al + 3O_2 \rightarrow 2Al_2O_3$.
Exercice 6 : On fait réagir 12 g de carbone avec du dioxygène. On obtient 44 g de dioxyde de carbone. Quelle masse de dioxygène a été consommée ?
Correction :
En pratique, la masse totale des réactifs est égale à la masse totale des produits.
$m(carbone) + m(dioxygène) = m(dioxyde de carbone)$
$12 + m(dioxygène) = 44$
$m(dioxygène) = 44 - 12 = 32$ g.
La masse de dioxygène consommée est de 32 g.
Exercices — Niveau Difficile
Exercice 7 : Équilibre la combustion du propane : $C_3H_8 + O_2 \rightarrow CO_2 + H_2O$.
Correction :
1. Carbones : 3 à gauche, donc on met un 3 devant $CO_2$.
2. Hydrogènes : 8 à gauche, donc on met un 4 devant $H_2O$ ($4 \times 2 = 8$).
3. Oxygènes : À droite on en a $(3 \times 2) + 4 = 10$. On met donc un 5 devant $O_2$ à gauche.
L'équation équilibrée est : $C_3H_8 + 5O_2 \rightarrow 3CO_2 + 4H_2O$.
Exercice 8 : Équilibre l'équation de la précipitation de l'hydroxyde de fer (III) : $Fe^{3+} + HO^- \rightarrow Fe(OH)_3$.
Correction :
Ici, on doit équilibrer les atomes et les charges.
1. On a 3 groupes "OH" à droite, on met donc un 3 devant $HO^-$.
2. Vérification des charges : à gauche $(+3) + 3 \times (-1) = 0$. À droite, le solide est neutre (0).
L'équation est : $Fe^{3+} + 3HO^- \rightarrow Fe(OH)_3$.
Exercice 9 : Équilibre la combustion complexe de l'éthanol : $C_2H_6O + O_2 \rightarrow CO_2 + H_2O$.
Correction :
1. C : 2 à gauche → 2 devant $CO_2$.
2. H : 6 à gauche → 3 devant $H_2O$.
3. O : À droite on a $(2 \times 2) + 3 = 7$. À gauche on en a 1 dans l'éthanol. Il en manque 6, donc on met un 3 devant $O_2$.
L'équation est : $C_2H_6O + 3O_2 \rightarrow 2CO_2 + 3H_2O$.
Exercice 10 : Équilibre l'équation d'oxydoréduction (plus complexe) : $Cu + Ag^+ \rightarrow Cu^{2+} + Ag$.
Correction :
1. Les atomes semblent équilibrés (1 Cu et 1 Ag de chaque côté).
2. Les charges : +1 à gauche, +2 à droite. Ce n'est pas équilibré.
3. On doit mettre un 2 devant $Ag^+$ pour avoir +2 à gauche. On ajuste alors avec un 2 devant $Ag$ à droite.
L'équation est : $Cu + 2Ag^+ \rightarrow Cu^{2+} + 2Ag$.
Bilan et conseils
Ce qu'il faut retenir : Rien ne se perd, rien ne se crée, tout se transforme. Équilibrer une équation, c'est respecter cette règle d'or. Commence toujours par les éléments qui n'apparaissent qu'une fois, et termine par l'élément qui apparaît seul (souvent le dioxygène).
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