Réactions chimiques : conservation de la masse et équations
Distinguer transformation physique (changement d'état) et réaction chimique (formation de nouvelles espèces). Identifier réactifs et produits. Énoncer et utiliser la loi de conservation de la masse de Lavoisier. Équilibrer une équation chimique simple. Mobiliser sur la combustion, la fermentation, la rouille en agriculture.
- →Distinguer transformation physique et réaction chimique
- →Identifier les réactifs et les produits d'une réaction
- →Interpréter une réaction comme une redistribution des atomes
- →Énoncer la loi de conservation de la masse (Lavoisier)
- →Équilibrer une équation chimique simple
- →Identifier et écrire la combustion du méthane et la rouille du fer
01Transformation physique ou réaction chimique ?
Transformation physique.Une transformation physique modifie l'état ou l'apparence d'une substance sans former de nouvelle espèce. Exemple : la fusion de la glace, la dissolution du sel. La nature des molécules ne change pas — seules leur disposition ou leur dispersion changent.
Réaction chimique.Une réaction chimique est une transformation au cours de laquelle des réactifsRéponse : réactifs disparaissent et des produits apparaissent : il y a formation de nouvelles espèces chimiques. Les atomesparticules présentes au départ. Réponse : atomes présents au départ se réorganisent entre eux pour donner les produits.
| Phénomène observé | Type de transformation | Justification |
|---|---|---|
| Fusion d'un glaçon | physiqueRéponse : physique | Pas de nouvelle substance, juste changement d'état |
| Combustion du bois | chimiqueRéponse : chimique | Formation de CO₂, H₂O, cendres — nouvelles espèces |
| Dissolution du sucre dans l'eau | physique | Le sucre est dispersé, pas transformé |
| Fermentation du moût en vin | chimique | Le sucre devient éthanol + CO₂ |
| Rouille d'un outil | chimique | Le fer devient oxyde de fer |
| Évaporation de l'eau | physique | L'eau passe à l'état gazeux sans changer de nature |
Indices d'une réaction chimique : changement de couleur, dégagement gazeux (bulles), formation d'un dépôt (précipité), variation de température (réaction exothermique ou endothermique), émission de lumière (combustion). À l'inverse, une transformation physique est réversible et conserve la nature de la matière.
02Conservation de la masse (Lavoisier) et équations
Au cours d'une réaction chimique en système fermé, la masse totale est conservéene change pas. Réponse : conservée : « Rien ne se perd, rien ne se crée, tout se transforme. » La masse totale des réactifs est égale à la masse totale des produits.
- 1Écrire les formules brutes des réactifs (à gauche) et des produits (à droite) séparés par une flèche.
- 2Compter le nombre d'atomes de chaque élément à gauche et à droite.
- 3Placer des coefficients (stœchiométriques) devant les formules pour équilibrer, jamais à l'intérieur d'une formule.
- 4Vérifier la conservation atome par atome : C, H, O, N, etc.
- 5Vérifier qu'il n'y a pas de coefficient inutilement grand (diviser par un facteur commun si possible).
Combustion du méthane (gaz naturel) : CH₄ + 2coefficient devant O₂. Réponse : 2 O₂ → CO₂ + 2 H₂O. Vérification : à gauche 1 C, 4 H, 4 O. À droite 1 C, 4 H, 4 O. ✓
03Réactions chimiques en agriculture
| Réaction agricole | Équation | Rôle / Conséquence |
|---|---|---|
| Combustion du méthane (chaudière, gaz) | CH₄ + 2 O₂ → CO₂ + 2 H₂O | Chauffage des serres, eau chaude étable |
| Fermentation du moût (cuverie) | C₆H₁₂O₆ → 2 C₂H₅OH + 2 CO₂ | Production d'alcool, vin, cidre |
| Photosynthèse (plantes vertes) | 6 CO₂ + 6 H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6 O₂ | Production de glucides + dioxygène |
| Rouille (outils en fer) | 4 Fe + 3 O₂ → 2 Fe₂O₃ | Détérioration ; protection par peinture ou galvanisation |
| Neutralisation d'un sol acide à la chaux | CaCO₃ + 2 H⁺ → Ca²⁺ + CO₂ + H₂O | Remontée du pH des sols agricoles acides |
La fermentation alcoolique est une réaction chimique fondamentale en viticulture et en cidrerie. Elle est conduite par des levures qui transforment le sucre des fruits en éthanol et en dioxyde de carbone. La conservation de la masse y est respectée : chaque atome de carbone, hydrogène et oxygène du sucre se retrouve dans les produits.
Exercices
Exercice 1— Physique ou chimique ?Ouvrir
Pour chacun des phénomènes suivants observés à la ferme, indiquer s'il s'agit d'une transformation physique ou d'une réaction chimique, et justifier en une phrase : (a) le foin sèche au soleil, (b) le lait tourne et caille, (c) la glace de l'abreuvoir fond, (d) une tôle rouille, (e) la pomme coupée brunit à l'air.
✓ Correction
- (a) Physique : l'eau du foin s'évapore, pas de nouvelle substance.
- (b) Chimique : les bactéries transforment le lactose en acide lactique → caillage.
- (c) Physique : changement d'état (solide → liquide).
- (d) Chimique : le fer + dioxygène forme un nouveau composé (oxyde de fer).
- (e) Chimique : enzymes + dioxygène oxydent la pulpe (nouvelle coloration brune).
Exercice 2— Équilibrer une équationOuvrir
Équilibrer chacune des équations suivantes (placer les coefficients manquants) : (a) H₂ + O₂ → H₂O ; (b) Fe + O₂ → Fe₂O₃ (rouille) ; (c) C₃H₈ + O₂ → CO₂ + H₂O (combustion du propane).
💡 Indice
Compter les atomes de chaque élément à gauche et à droite. Placer les coefficients devant les formules, jamais à l'intérieur.
✓ Correction
- (a) 2 H₂ + O₂ → 2 H₂O (4 H et 2 O des deux côtés).
- (b) 4 Fe + 3 O₂ → 2 Fe₂O₃ (4 Fe et 6 O des deux côtés).
- (c) C₃H₈ + 5 O₂ → 3 CO₂ + 4 H₂O (3 C, 8 H, 10 O des deux côtés).
Exercice 3— Fermentation alcoolique (problème ouvert)Ouvrir
Lors de la fermentation, les levures transforment le glucose selon : C₆H₁₂O₆ → 2 C₂H₅OH + 2 CO₂. Une cuve fermée contient 18 kg de glucose au départ. (a) Vérifier que cette équation est équilibrée. (b) En supposant la fermentation totale, quelle masse totale d'éthanol + CO₂ obtient-on ? Justifier par la loi de Lavoisier. (c) Si on récupère ensuite 9 kg d'éthanol pur, quelle masse de CO₂ a été produite et perdue dans l'atmosphère ?
💡 Indice
Pour (a), compter les atomes C, H, O. Pour (b), la conservation impose m(produits) = m(réactifs).
✓ Correction
(a) À gauche : 6 C, 12 H, 6 O. À droite : 2 C₂H₅OH = 4 C + 12 H + 2 O ; 2 CO₂ = 2 C + 4 O ; total à droite = 6 C, 12 H, 6 O. Équation équilibrée.
(b) Par la loi de Lavoisier, m(éthanol + CO₂) = m(glucose) = 18 kg. Toute la masse initiale se retrouve dans les produits.
(c) m(CO₂) = 18 − 9 = 9 kg de CO₂ ont été produits et libérés. C'est le « pétillement » naturel d'une cuve en fermentation, et la raison pour laquelle une cuve doit être ventilée ou équipée d'une bonde fermentaire pour éviter la pression.