Dans cette fiche explicative, nous allons apprendre à établir des équations de réactions chimiques, et à les écrire en utilisant des mots ou des symboles chimiques.
Afin de mieux comprendre les réactions chimiques, il est important d’apprendre à écrire et lire des équations chimiques. Une équation chimique indique quelles espèces sont utilisées et quelles espèces sont produites lors d’une réaction chimique, en utilisant des symboles chimiques.
Définition : Équation chimique
Une équation chimique est une représentation écrite d’une réaction chimique à l’aide de symboles chimiques.
Regardons quelques équations chimiques :
Chacune des équations contient une flèche qui pointe vers la droite appelée la flèche de réaction, que nous lisons « réagit pour produire ». Les espèces à gauche de la flèche sont les réactifs et les espèces à droite de la flèche sont les produits :
Les réactifs sont les matières premières d’une réaction chimique. Ils sont convertis en produits. Ainsi, les réactifs réagissent pour produire les produits. Notez bien que dans une équation chimique, il peut y avoir un ou plusieurs réactifs et un ou plusieurs produits. Les espèces du même côté de la flèche de réaction sont séparées par un signe plus . En regardant l’équation chimique nous pouvons identifier et comme étant les réactifs, et comme étant le produit.
Définition : Réactifs
Les réactifs sont les matières premières d’une réaction chimique. Ils sont écrits à gauche de la flèche de réaction.
Définition : Produits
Les produits sont les espèces formées lors d’une réaction chimique. Ils sont écrits à droite de la flèche de réaction.
Les équations chimiques peuvent également inclure des instructions particulières inscrites au-dessus de la flèche de réaction. Observons l’équation chimique
La lettre grecque majuscule delta indique que de la chaleur doit être appliquée aux réactifs pour que la réaction se produise.
Les formules chimiques indiquées au-dessus de la flèche de réaction, comme indiqué ci-dessous, peuvent représenter des catalyseurs ajoutés à la réaction :
Exemple 1: Déterminer les produits à partir d’une équation chimique écrite avec des symboles
Considérons l’équation d’une réaction chimique :
Quels sont les produits de cette réaction ?
Réponse
Dans une équation chimique, les réactifs sont écrits à gauche de la flèche et les produits sont écrits à droite de la flèche. et sont à droite de la flèche et sont donc les produits.
Si une même espèce est utilisée plusieurs fois en tant que réactif ou produite plusieurs fois en tant que produit, ceci n’est pas écrit séparément dans l’équation. Nous plaçons simplement un nombre devant l’espèce. C’est ce qu’on appelle coefficient stœchiométrique, souvent simplement appelé coefficient.
Définition : Coefficient stœchiométrique
Le coefficient stœchiométrique est le nombre qui apparaît devant une espèce dans une équation chimique pour indiquer le nombre de fois où cette espèce est impliquée dans la réaction.
Prenons cette équation :
Le coefficient deux a été placé devant et . Cela veut dire que deux atomes de sodium sont nécessaires à la réaction, et que deux unités de chlorure de sodium sont produites lors de la réaction.
Nous cherchons parfois à indiquer l’état physique de chacun des réactifs et des produits. Cela se fait généralement en utilisant une lettre en italique écrite entre parenthèses, que nous appelons symbole d’état physique.
Définition : Symbole d’état physique
Le symbole d’état physique est une lettre en italique écrite entre parenthèses, et que nous trouvons après chaque espèce dans une équation chimique pour indiquer l’état physique de l’espèce : gaz = (g), liquide = (l), solide = (s) et aqueux = (aq).
Nous pouvons ainsi voir comment sont utilisés les symboles d’état physique dans les équations chimiques suivantes :
Les gaz, liquides et solides sont représentés respectivement par (g), (l) et (s). Une espèce peut aussi porter le symbole d’état physique (aq) pour « aqueux ». Cela signifie que l’espèce en question est dissoute dans l’eau.
Nous pouvons écrire les équations chimiques non seulement avec des symboles chimiques, mais aussi avec des mots :
Les équations en mots suivent la même structure que les équations en symboles, avec les réactifs à gauche de la flèche et les produits à droite de la flèche. Les équations en mots peuvent être un moyen plus simple d’écrire des équations chimiques puisqu’elles ne nécessitent aucune formule chimique. Cependant, elles sont souvent plus difficiles à interpréter car elles n’indiquent pas le nombre d’atomes dans chaque espèce, ni les coefficients et les symboles d’état physique.
Afin d’exprimer une équation chimique, il faut pouvoir écrire les symboles chimiques et dire l’énoncé chimique à haute voix. Lors de la lecture d’une équation chimique, le signe plus est lu « et », et la flèche vers la droite est lue « réagit/réagissent pour produire ». Regardons cette équation chimique :
Nous allons lire cette équation chimique comme « le sodium et le chlore réagissent pour produire du chlorure de sodium ». Nous pouvons y inclure les coefficients et les symboles d’état physique si nous voulons être encore plus précis : « deux atomes de sodium métallique solide et une molécule de chlore gazeux réagissent pour produire deux unités de chlorure de sodium, qui est un solide ».
Exemple 2: Identifier l’énoncé chimique correspondant à une équation chimique
Choisissez l’énoncé qui décrit la réaction chimique dans l’équation chimique
- Le dioxyde de carbone réagit avec l’eau pour produire du méthane et de l’oxygène.
- Le méthane se décompose sous l’effet de la chaleur pour produire de l’oxygène, du dioxyde de carbone et de l’eau.
- Le méthane brûle dans le dioxyde de carbone pour produire de l’oxygène et de l’eau.
- Le méthane brûle dans l’oxygène pour produire du dioxyde de carbone et de l’eau.
- L’oxygène réagit avec l’eau pour produire du méthane et du dioxyde de carbone.
Réponse
Dans une équation chimique, les espèces à gauche de la flèche sont les réactifs. À gauche de la flèche dans cette équation chimique, nous voyons le méthane, et l’oxygène . Les espèces à droite de la flèche sont les produits. À droite de la flèche dans cette équation chimique, nous voyons le dioxyde de carbone, et l’eau, .
Nous pouvons lire l’équation chimique en tant qu’énoncé en remplaçant le signe plus par le mot « et » et la flèche de réaction par la phrase « réagissent pour produire ». La lecture de l’équation chimique en tant qu’énoncé est « le méthane et l’oxygène réagissent pour produire du dioxyde de carbone et de l’eau ».
La réponse qui ressemble le plus à cette affirmation est la réponse D. Remarquez que l’expression « le méthane brûle dans l’oxygène » décrit une réaction entre le méthane et l’oxygène.
Nous devons aussi pouvoir écrire une équation chimique à partir d’un énoncé chimique. Il y a quelques mots-clés qui peuvent nous aider à identifier les réactifs et les produits. Des expressions telles que « réagit avec » ou « brûle dans » indiquent que les espèces qui effectuent ces actions sont les réactifs. Des mots tels que « donne » ou « se décompose en » indiquent que les espèces avant ces mots sont les réactifs et que les espèces après ces mots sont les produits.
Des mots tels que « est produit par » et « est généré » indiquent que les espèces avant ces mots sont les produits et que les espèces après ces mots sont les réactifs. Les expressions courantes utilisées dans les énoncés chimiques et leur lien avec les réactifs et les produits sont indiqués dans le tableau ci-dessous.
| Réactif A | réagit avec
est mélangé avec est combiné avec est ajouté à brûle dans | réactif B |
| Réactifs | donnent
produisent forment se décomposent en | produits |
| Produits | sont produits par
sont générés à partir de | réactifs |
Nous pouvons également recueillir des informations sur l’état physique de la matière. Les mots « solution » ou « soluble » indiquent que le symbole d’état physique de cette espèce doit être (aq), tandis que les mots « insoluble » et « précipité » indiquent que le symbole d’état physique de cette espèce doit être (s).
Écrivons l’équation chimique de la réaction décrite par une affirmation : « un échantillon de cuivre métallique solide est ajouté à un récipient contenant une solution d’acide nitrique (). La réaction produit du nitrate de cuivre (II) soluble (), du dioxyde d’azote et de l’eau. »
Le cuivre métallique est ajouté à l’acide nitrique. L’expression-clé « est ajouté à » indique que ces deux espèces sont les réactifs. Elles peuvent être écrites à gauche de la flèche de réaction avec un signe plus entre les deux. En outre, nous savons que le cuivre est solide et devrait avoir le symbole d’état physique (s). L’acide nitrique est en solution, ce qui signifie qu’il est dissous dans l’eau et doit avoir le symbole d’état physique (aq). Nous pouvons donc écrire l’équation
Le mot-clé « produit » indique que le nitrate de cuivre (II), le dioxyde d’azote et l’eau sont tous des produits. Ces espèces sont donc écrites à droite de la flèche de réaction avec un signe plus entre elles. Nous savons que le dioxyde d’azote est un gaz et que l’eau est un liquide ; ils doivent donc avoir les symboles d’état physique (g) et (l), respectivement. Il est indiqué que le nitrate de cuivre (II) est soluble. Cela veut dire que le nitrate de cuivre (II) est dissous dans l’eau et qu’il doit avoir le symbole d’état physique (aq). L’ajout des produits à l’équation précédente nous donne l’équation chimique non équilibrée
Exemple 3: Identifier l’équation chimique qui correspond à une affirmation chimique
Une expérience montre que le peroxyde d’hydrogène se décompose pour former de l’eau et de l’oxygène gazeux. Laquelle des équations littérales suivantes décrit la réaction chimique qui s’est produite lors de cette expérience ?
Réponse
Dans l’énoncé chimique, nous trouvons les mots-clés « se décompose » et « former ». Ces deux mots-clés indiquent que les espèces qui les précèdent dans la phrase sont les réactifs, et que les espèces qui les suivent sont les produits.
Avant ces mots-clés, nous ne voyons qu’une seule espèce, le peroxyde d’hydrogène. C’est le seul réactif. Il doit figurer dans l’équation chimique à gauche de la flèche de réaction :
Après les mots-clés, nous voyons les espèces « eau » et « oxygène ». Ce sont les produits. Ils doivent figurer après la flèche de réaction dans l’équation chimique, séparés par un signe plus :
La réponse qui correspond à notre équation chimique est donc la réponse E.
Exemple 4: Identifier une équation chimique, portant des symboles d’état physique, qui correspond à un énoncé chimique
Le carbonate de calcium solide se décompose sous l’effet de la chaleur pour produire du dioxyde de carbone et de l’oxyde de calcium solide. Laquelle des équations chimiques suivantes, avec leurs symboles d’état physique, décrit cette réaction chimique ?
Réponse
Dans l’énoncé chimique, nous pouvons voir le mot-clé « se décompose ». Ce mot-clé indique que les espèces qui le précèdent dans la phrase sont les réactifs, et que les espèces qui le suivent sont les produits.
Avant le mot-clé, nous ne voyons qu’une seule espèce, le carbonate de calcium. C’est le seul réactif. Il doit apparaître dans l’équation chimique à gauche de la flèche de réaction. Après le mot-clé, nous voyons le dioxyde de carbone et l’oxyde de calcium. Ce sont les produits. Ils doivent apparaître à droite de la flèche de réaction, séparés par un signe plus :
Avec cette information, nous pouvons éliminer les réponses D et E, qui comportent plus qu’un seul réactif.
L’énoncé chimique indique que le carbonate de calcium et l’oxyde de calcium sont solides. Le symbole d’état physique (s) doit figurer après ces deux espèces dans l’équation chimique pour indiquer qu’ils sont à l’état solide :
En outre, nous pouvons reconnaître que le dioxyde de carbone est un gaz ayant la formule chimique . Il doit figurer dans l’équation chimique avec le symbole d’état physique (g) pour indiquer qu’il est à l’état gazeux ;
En regardant les trois choix restants, nous pouvons éliminer la réponse A car le réactif a comme symbole d’état (g) et non pas (s). Nous pouvons également élimier la réponse C car les deux produits ont le symbole d’état (g), et nous savons que l’oxyde de calcium doit être solide. Il reste la réponse B, qui est donc la bonne réponse :
Les réactions que nous avons vues jusqu’ici sont des réactions irréversibles, ce qui signifie que les réactifs réagissent pour produire les produits alors que les produits ne peuvent pas se reconvertir en réactifs. Les réactions irréversibles comportent une flèche de réaction qui pointe vers la droite, et nous disons que la réaction va dans le sens direct, c’est-à-dire des réactifs (à gauche) vers les produits (à droite).
Définition : Réaction irreversible
Une réaction irréversible est une réaction au cours de laquelle les réactifs forment les produits alors que les produits ne peuvent pas se reconvertir en réactifs. L’équation chimique comporte une flèche de réaction qui pointe vers la droite .
Dans une réaction réversible, les réactifs réagissent pour produire les produits et les produits peuvent se reconvertir en réactifs. Nous disons que cette réaction se déroule à la fois dans le sens direct (les réactifs produisent des produits) et dans le sens inverse (les produits produisent des réactifs), les deux réactions ayant lieu simultanément. Regardons la réaction ci-dessous :
Cette réaction est réversible. Si nous lisons la réaction de gauche à droite, l’azote gazeux réagit avec l’hydrogène gazeux pour produire de l’ammoniac. Cependant, si nous lisons la réaction de droite à gauche, l’ammoniac se décompose pour produire de l’azote et de l’hydrogène. Ces deux réactions peuvent se produire simultanément. La flèche d’équilibre est utilisée pour indiquer que la réaction est réversible.
Définition : Réaction réversible
Une réaction au cours de laquelle les réactifs produisent les produits et les produits peuvent se reconvertir simultanément en réactifs. L’équation chimique comporte une flèche d’équilibre .
Exemple 5: Comprendre les types de flèches de réaction
Voici la réaction de l’hydrogène et de l’iode pour produire l’iodure d’hydrogène :
Quelle est la signification de la flèche dans cette équation chimique ?
- La réaction a besoin de chaleur pour avoir lieu.
- Il y a un changement d’état de la matière.
- La réaction est réversible.
- La réaction est irréversible.
- La réaction a besoin de rayons ultraviolets pour avoir lieu.
Réponse
La flèche utilisée est la flèche d’équilibre. Elle sépare les réactifs (à gauche de la flèche) des produits (à droite de la flèche) d’une réaction réversible, c’est-à-dire une réaction qui peut se produire simultanément des réactifs vers les produits et des produits vers les réactifs.
La réponse qui indique correctement la signification de la flèche d’équilibre est donc la réponse C.
Points clés
- Une équation chimique montre toutes les espèces impliquées dans une réaction.
- Les réactifs sont écrits à gauche de la flèche de réaction et les produits sont écrits à droite de la flèche.
- Les symboles d’état (g, l, s et aq) peuvent être utilisés pour indiquer l’état physique de chaque espèce.
- Des termes tels que « réagit », « se décompose » et « produit » dans un énoncé chimique peuvent nous aider à écrire une équation chimique.
- Les réactions peuvent être irréversibles, indiquées par une flèche vers la droite , ou réversibles, indiquées par une flèche d’équilibre .