1.15. La notion d'équation chimique

Nous disposons dès maintenant des outils nécessaires à l'écriture universelle, sous forme de symboles, d'une réaction chimique quelle qu'elle soit. Cette écriture universelle se nomme une équation chimique. Bien sûr, une équation chimique respecte la loi de Lavoisier: il ne disparaît pas d'atomes en cours de réaction. La somme des masses des réactifs est égale à la somme des masses des produits formés lors de la réaction. Dès lors, le nombre d'atomes d'un élément est le même tant au sein des réactifs qu'au sein des produits. Par exemple, lorsque nous versons de l'acide sulfurique sur le zinc, nous constatons un dégagement de dihydrogène et la formation de sulfate de zinc. L'équation chimique qui rend compte du bilan de cette réaction s'écrit:

Zn + H₂SO₄    ZnSO₄ + H₂

La flèche vers la droite indique le sens d'évolution de la réaction. La flèche vers le haut indique que l'hydrogène se dégage et quitte donc le milieu réactionnel. Lors de l'étude de la loi de Lavoisier, nous fîmes réagir du nitrate d'argent avec de l'iodure de potassium pour former du nitrate de potassium et de l'iodure d'argent qui précipita. Cette équation chimique s'écrit:

AgNO₃  +  KI    AgI    +    KNO₃ 

La flèche vers le bas indique qu'il y a un précipité (dépôt) d'iodure d'argent.

Ces deux réactions sont des réactions simples, dans le sens où elles sont automatiquement équilibrées: nous avons le même nombre d'atomes de chaque élément à gauche (réactifs) et à droite (produits)de la flèche qui indique le sens d'évolution de la réaction. Beaucoup de réactions doivent être pondérées, c'est-à-dire équilibrées, par exemple:

BaCl₂  +  H₂SO₄ BaSO₄  +  HCl

Comptons le nombre d'atomes de chaque élément à gauche et à droite de la flèche qui indique le sens d'évolution de la réaction.

Nous constatons sans peine qu'il nous manque dans le membre de droite de l'équation un atome d'hydrogène et un atome de chlore. Nous devons ajouter les atomes déficitaires sans modifier la composition, donc la formule moléculaire, des produits. Sans non plus ajouter un ou des produits de notre invention. La seule espèce chimique qui contienne du chlore dans le membre de droite est la molécule d'acide chlorhydrique qui, par chance, contient aussi de l'hydrogène de manière telle que nous pouvons supprimer nos deux déficits en une fois: ajoutons une molécule d'acide chlorhydrique.

BaCl₂  +  H₂SO₄ BaSO₄  +  2 HCl  , équation équilibrée.

Soit la réaction:

Al₄C₃  +  H₂O  Al(OH)₃  +  CH₄ 

Voici qui devient, en apparence, plus compliqué! Nous n'avons que des déséquilibres. Corrigeons-en un premier, peut importe lequel. Commençons par l'aluminium: nous en avons quatre à gauche et un seul à droite où il nous en faut également quatre. Nous prenons quatre fois la molécule Al(OH)₃.Nous refaisons notre tableau:

Al₄C₃  +  H₂O  4 Al(OH)₃  +  CH₄ 

Corrigeons le déséquilibre en carbone. Nous prenons trois molécules de CH_4.   

Al₄C₃  +  H₂O  4 Al(OH)₃  +  3 CH₄ 

Nous refaisons notre tableau:

A gauche cette fois, prenons douze molécules d'eau:

Al₄C₃  +  12 H₂O  4 Al(OH)₃  +  3 CH₄ 

Nous refaisons notre tableau:

L'équation est équilibrée. Avec un peu de pratique, nous pourrons aisément nous passer des tableaux, mais patience car l'erreur guette les expéditifs!

Exercices

Équilibrer si nécessaire les équations suivantes:

Na  +  Cl₂ NaCl 

Al  +  HCl    AlCl₃  +  H₂

HCl  + Mg(OH)₂    MgCl₂  +  H₂O 

Al₂O₃  +  HCl    AlCl₃  +  H₂O 

KCl  +  Pb(NO₃)₂    PbCl₂  +  KNO₃ 

C₃H₈  +  O₂    CO₂  +  H₂O 

ZnS  +  O₂    ZnO  +  SO₂ 

B₂O₃  +  C    B₄C  +  CO₂

NaOH  +  CO₂    Na₂CO₃  +  H₂O 

Pb(OH)₂  +  NaOH    Na₂Pb(OH)₄ 

Na₄SiO₄  +  HCl    NaCl  + H₄SiO₄ 

NO₂  +  H₂O    HNO₂  +  HNO₃ 

Les solutions

Synthèse 10

Chaque élément chimique possède un symbole qui est utilisé lors de l'écriture des molécules et des équations. Une équation chimique rend compte d'une réaction chimique; le sens de la flèche donne le sens d'évolution de la réaction. Une équation chimique respecte la loi de Lavoisier et doit donc toujours être pondérée.