Science et technologie s1072

Le balancement d'une équation chimique

Balancer une équation chimique permet d'équilibrer le nombre total d’atomes de chaque côté de l’équation en appliquant la loi de la conservation de la matière.

Pour ce faire, on doit retrouver le même nombre d'atomes de chaque élément de chaque côté de l’équation, soit du côté des réactifs et du côté des produits. Afin d’y arriver, on doit placer des coefficients devant les formules chimiques des molécules de manière à ce que le nombre d'atomes soit égal tant du côté des réactifs que du côté des produits.


Il existe certaines règles à respecter pour qu'une équation soit correctement balancée.

  1. Il ne faut jamais modifier les molécules: il est impossible d'ajouter un atome à une molécule ou de modifier les indices de cette molécule.
  2. Il ne faut jamais ajouter des molécules ou en enlever.
  3. Il n'est pas obligatoire d'écrire le coefficient 1, puisque celui-ci est sous-entendu.
  4. Les coefficients doivent être des nombres entiers. Si des fractions sont nécessaires pour équilibrer une réaction, il faut multiplier la réaction complète par un même facteur de manière à avoir des coefficients entiers pour toutes les molécules.
  5. Les coefficients doivent être le plus petit possible.
  6. Après avoir équilibré l'équation, il faut toujours vérifier si l'équation est correctement équilibrée en effectuant le bilan des atomes.

Il existe différentes techniques pour balancer des équations chimiques.

Méthode utilisant la molécule la plus complexe

Lorsqu'on utilise la méthode utilisant la molécule la plus complexe, il faut commencer le balancement d'équations par la molécule la plus complexe, soit celle possédant le plus d'atomes, et garder les molécules plus simples pour la fin.

Quelle est l'équation balancée de la combustion du méthane?

|CH_{4} + O_{2} \rightarrow CO_{2} + H_{2}O|

Dans cette équation, la molécule la plus complexe est la molécule de méthane |(CH_{4})|. Il faut donc commencer par cette molécule pour faire le bilan des atomes.

​|CH_{4}|​|+|​|O_{2}||​\rightarrow|​|CO_{2}|​|+|​|H_{2}O|
|\text {​1 atome C}|
|\text {​4 atomes H}|

|\text {1 atome C}|

​|\text {2 atomes H}|

Le nombre d'atomes de carbone est le même du côté des réactifs et du côté des produits.
Toutefois, le nombre d'atomes d'hydrogène est différent: il y a quatre atomes dans la molécule de méthane, mais seulement deux atomes dans la molécule d'eau. On doit donc multiplier la molécule |H_{2}O| par 2.

​|CH_{4}|​|+|​|O_{2}||​\rightarrow|​|CO_{2}|​|+|​|\color {red}{2}\space H_{2}O|
|\text {​1 atome C}|
|\text {​4 atomes H}|

|\text {1 atome C}|


​|\color {red}{4}\space \text {atomes H}|

Les molécules les plus complexes sont, par la suite, |CO_{2}| et |H_{2}O|. Il faut donc équilibrer les atomes de ces molécules.

​|CH_{4}|​|+|​|O_{2}||​\rightarrow|​|CO_{2}|​|+|​|\color {red}{2}\space H_{2}O|
|\text {​1 atome C}|
|\text {​4 atomes H}|
| |

​| |
| |
|\text {2 atomes O}|
|\text {1 atome C}|
| |
|\text {2 atomes O}|

| |
​|\color {red}{4}\space \text {atomes H}|
|\text {2 atomes O}|

Les atomes de carbone sont correctement équilibrés. Toutefois, il n'y a que deux atomes d'oxygène du côté des réactifs, alors qu'il y en a quatre du côté des produits (deux dans la molécule |CO_{2}| et deux dans la molécule |H_{2}O|). Il faut donc ajouter un coefficient 2 devant la molécule |O_{2}|.

​|CH_{4}|​|+|​|\color {red} {2} \space O_{2}||​\rightarrow|​|CO_{2}|​|+|​|\color {red}{2}\space H_{2}O|
|\text {​1 atome C}|
|\text {​4 atomes H}|
| |

| |
| |
|\color {red}{4} \space \text {atomes O}|
|\text {1 atome C}|
| |
|\text {2 atomes O}|

| |
​|\color {red}{4}\space \text {atomes H}|
|\text {2 atomes O}|

L'équation équilibrée est donc l'équation suivante:
​|CH_{4} + \color {red} {2} \space O_{2} ​\rightarrow CO_{2} + \color {red}{2}\space H_{2}O|

Quelle est l'équation balancée de la synthèse de l'eau?

|H_{2} + O_{2} \rightarrow H_{2}O|

Dans cette équation, la molécule la plus complexe est la molécule d'eau. Il faut donc commencer par cette molécule pour faire le bilan des atomes.

​|H_{2}|​|+|​|O_{2}||​\rightarrow|​|H_{2}O|
|\text {​2 atomes H}|
| |
​|\text {​2 atomes O}|
|\text {​2 atomes H}|
|\text {1 atome O}|

Le nombre d'atomes d'hydrogène est le même du côté des réactifs et du côté des produits.
Toutefois, le nombre d'atomes d'oxygène est différent: il n'y a qu'un atome dans la molécule plus complexe. On doit donc multiplier la molécule |O_{2}| par |1/2| .

​|H_{2}|​|+|​|\color{blue} {1/2} \space O_{2}||​\rightarrow|​|H_{2}O|
|\text {​2 atomes H}|
| |
​|\text {​1 atome O}|
|\text {​2 atomes H}|
|\text {1 atome O}|

Puisqu'il est impossible d'avoir des coefficients fractionnaires, il faut multiplier tous les coefficients par 2 pour obtenir des coefficients entiers.

​|2 \times(H_{2} + \color{blue} {1/2} \space O_{2} ​\rightarrow H_{2}O)|
L'équation équilibrée est donc l'équation suivante:
​|\color {red}{2} \space H_{2} + \color {red}{1} \space O_{2} ​\rightarrow \color {red}{2} \space H_{2}O|

Méthode du tableau

Dans la méthode du tableau, chaque atome est équilibré les uns à la suite des autres. Les atomes d'hydrogène |(H)| et d'oxygène |(O)| sont équilibrés à la fin, dans cet ordre. Tous les autres atomes sont équilibrés au début, sans ordre précis.

Quelle est l'équation équilibrée de la synthèse de l'ammoniac ?

|N_{2} + H_{2} \rightarrow NH_{3}|

Les atomes d'azote |(N)| et d'hydrogène doivent être équilibrés. Puisque l'hydrogène est plus complexe à équilibrer, le premier atome à balancer sera l'azote.

​|N_{2}|​|+|​|H_{2}||​\rightarrow|​|NH_{3}|
​|N|
|2|
​|+|
|0|
|​=|
|1|
​|H|

Les atomes d'azote ne sont pas équilibrés de chaque côté de l'équation. Deux atomes d'azote sont présents du côté gauche de l'équation, alors qu'un seul atome existe du côté droit. Il faut donc multiplier par 2 le côté droit de l'équation.

​|N_{2}|​|+|​|H_{2}||​\rightarrow|​|\color {red}{2}\space NH_{3}|
​|N|
|2|
​|+|
|0|
​|=|
|\color {red}{2 \times}1|
​|H|​|0|​|+|​|2|​|=|​|\color {red}{2 \times}3|

Il y a deux atomes d'hydrogène du côté gauche de la réaction, alors qu'il y en a six du côté droit. Il faut donc multiplier par 3 la molécule de |H_{2}| pour équilibrer les atomes d'hydrogène.

​|N_{2}|​|+|​|\color {blue}{3}\space H_{2}||​\rightarrow|​|\color {red}{2}\space NH_{3}|
​|N|
|2|
​|+|
|0|
​|=|
|\color {red}{2 \times}1|
​|H|​|0|​|+|​|\color {blue}{3 \times}2|​|=|​|\color {red}{2 \times}3|

L'équation équilibrée est donc l'équation suivante:

​|N_{2} + \color {blue}{3}\space H_{2} ​\rightarrow \color {red}{2}\space NH_{3}|

Quelle est l'équation équilibrée de la combustion de l'octane?

|C_{8}H_{18} + O_{2} \rightarrow CO_{2} + H_{2}O|

Les atomes de carbone |(C)|, d'hydrogène |(H)| et d'oxygène |(O)| doivent être équilibrés, dans cet ordre.

​|C_{8}H_{18}|​|+|​|O_{2}||​\rightarrow|​|CO_{2}|​|+|​|H_{2}O|
​|C||8|​​|+|​|0|​|=|​|1|​|+|​|0|
​|H|






​|O|

Il y a 8 atomes de carbone dans les réactifs et 1 seul dans les produits. Il faut donc inscrire un coefficient de 8 devant la molécule de |CO_{2}| afin d'équilibrer les atomes de carbone.

​|C_{8}H_{18}|​|+|​|O_{2}||​\rightarrow|​|\color {red}{8} \space CO_{2}|​|+|​|H_{2}O|
​|C||8|​​|+|​|0||​=||\color {red} {8 \times }​1|​|+|​|0|
​|H|​|18|​|+|​|0|​|=|​|0|​|+|​|2|
​|O|

Il y a 18 atomes d'hydrogène dans les réactifs et 2 atomes d'hydrogène dans les produits. On doit donc multiplier par 9 la molécule de |H_{2}O| pour avoir autant d'atomes d'hydrogène de chaque côté de l'équation.

​|C_{8}H_{18}|​|+|​|O_{2}||​\rightarrow|​|\color {red}{8} \space CO_{2}|​|+|​|\color {blue}{9} \space H_{2}O|
​|C||8|​​|+|​|0||​=||\color {red} {8 \times }​1|​|+|​|0|
​|H|​|18|​|+|​|0|​|=|​|0|​|+||\color {blue}{9 \times }2|​
​|O||0|​​|+|​|2|​|=||\color {red} {8 \times }​2|​​|+||\color {blue}{9 \times }1|​

Pour équilibrer les atomes d'oxygène, il faut multiplier la molécule de |O_{2}| par un coefficient. Puisqu'il y a deux atomes d'oxygène dans les réactifs et 25 atomes d'oxygène dans les réactifs (16 provenant de la molécule de |CO_{2}| et 9 atomes dans la molécule de |H_{2}O|). Il faut donc multiplier la molécule de |O_{2}| par |25/2|.

​|C_{8}H_{18}|​|+|​|\color {green}{25/2}\space O_{2}||​\rightarrow|​|\color {red}{8} \space CO_{2}|​|+|​|\color {blue}{9} \space H_{2}O|
​|C||8|​​|+|​|0||​=||\color {red} {8 \times }​1|​|+|​|0|
​|H|​|18|​|+|​|0|​|=|​|0|​|+||\color {blue}{9 \times }2|​
​|O||0|​​|+|​|\color {green}{25/2 \times} 2|​|=||\color {red} {8 \times }​2|​​|+||\color {blue}{9 \times }1|​

Puisqu'il est impossible d'avoir des coefficients fractionnaires, il faut multiplier tous les coefficients par 2 pour obtenir des coefficients entiers.

​|2 \times (C_{8}H_{18} + \color {green}{25/2}\space O_{2} ​\rightarrow \color {red}{8} \space CO_{2} + \color {blue}{9} \space H_{2}O)|

Ainsi, l'équation équilibrée est:

​|2 \space C_{8}H_{18} + \color {green}{25}\space O_{2} ​\rightarrow \color {red}{16} \space CO_{2} + \color {blue}{18} \space H_{2}O|


Méthode algébrique

Dans la méthode algébrique, les coefficients de l'équation chimique sont remplacés par des variables algébriques. Des équations sont ensuite créées pour chacun des atomes.

Équilibrez l'équation suivante.

|Fe_{2}O_{3} + C \rightarrow Fe + CO|

Au départ, il faut placer des variables algébriques à la place des coefficients pour chacune des molécules dans l'équation chimique.

|\color {red}{a} \space Fe_{2}O_{3} +\color {red}{b} \space C \rightarrow \color {red}{c} \space Fe + \color {red}{d} \space CO|

Dans l'équation à équilibrer, des atomes de fer, d'oxygène et de carbone sont présents. Il faut donc faire une équation pour chacun des atomes en tenant compte des coefficients et du nombre d'atomes dans chacune des molécules.

Pour l'atome de fer: |2a = c|
Pour l'atome d'oxygène: |3a = d|
Pour l'atome de carbone: |b = d|

Pour résoudre l'équation, il faut substituer une variable par une valeur arbitraire. Dans l'exemple ci-dessous, la valeur de |a| sera 1, car cette variable permet de déduire les valeurs de |c| et |d|.

Puisque |a = 1|, l'équation de l'atome de fer devient |2 \times 1 = c|, ou |c = 2|.
Puisque |a = 1|, l'équation de l'atome d'oxygène devient |3 \times 1 = d|, ou |d = 3|.
Puisque |d = 3|, l'équation de l'atome de carbone devient |b = 3|.

Ainsi, l'équation équilibrée est:

​|\color {red}{1} \space Fe_{2}O_{3} +\color {red}{3} \space C \rightarrow \color {red}{2} \space Fe + \color {red}{3} \space CO|

Équilibrez l'équation suivante.

|C_{6}H_{5}COOH + O_{2} \rightarrow CO_{2} + H_{2}O|

Au départ, il faut placer des variables algébriques à la place des coefficients pour chacune des molécules dans l'équation chimique.

|\color {red}{a} \space C_{6}H_{5}COOH +\color {red}{b} \space O_{2} \rightarrow \color {red}{c} \space CO_{2} + \color {red}{d} \space H_{2}O|

Dans l'équation à équilibrer, des atomes de carbone, d'hydrogène et d'oxygène sont présents. Il faut donc faire une équation pour chacun des atomes en tenant compte des coefficients et du nombre d'atomes dans chacune des molécules.

Pour l'atome de carbone: |7a = c|
Pour l'atome d'hydrogène: |6a = 2d|
Pour l'atome d'oxygène: |2a + 2b = 2c + d|

Pour résoudre l'équation, il faut substituer une variable par une valeur arbitraire. Dans l'exemple ci-dessous, la valeur de |a| sera 1, car cette variable permet de déduire les valeurs de |c| et |d|.

Puisque |a = 1|, l'équation de l'atome de fer devient |7 \times 1 = c|, ou |c = 7|.
Puisque |a = 1|, l'équation de l'atome d'oxygène devient |6 \times 1 = 2d|, ou |d = 3|.
Puisque |a = 1|, |c = 7| et |d = 3|, l'équation de l'atome de carbone devient:

|2 + 2b = 2 \times 7 + 3|
|2 + 2b = 14 + 3|
|2b = 15|
|b = 15/2|

Puisqu'un coefficient est fractionnaire, il faut multiplier tous les coefficients afin d'avoir uniquement des coefficients entiers.
|a = 1 \color {red}{\times 2} = 2|
|b = 15/2 \color {red}{\times 2} = 15|
|c = 7  \color {red}{\times 2} = 14|
|d = 3  \color {red}{\times 2} = 6|

Ainsi, l'équation équilibrée est:

|\color {red}{2} \space C_{6}H_{5}COOH +\color {red}{15} \space O_{2} \rightarrow \color {red}{14} \space CO_{2} + \color {red}{6} \space H_{2}O|

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