Chimie

Équilibreur d'équations chimiques

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Qu’est-ce qu’une équation de réaction chimique ?

Une équation de réaction chimique est une représentation symbolique d’une réaction chimique, montrant les substances de départ (réactifs) et les substances formées à la suite de la réaction (produits). Elle utilise des formules chimiques pour désigner chaque substance et décrit comment les atomes et les molécules interagissent entre eux pendant la réaction.

Notre équilibreur d’équations chimiques résout rapidement et précisément les problèmes liés à l’équilibrage des réactions chimiques, ce qui est crucial pour de nombreuses tâches de résolution de problèmes chimiques. Cette calculatrice utilise la méthode matricielle (ou méthode mathématique) pour équilibrer les réactions chimiques. Plus bas, nous couvrirons également des méthodes supplémentaires utilisées pour équilibrer les réactions chimiques et fournirons des exemples démontrant leur utilisation.

Structure d’une équation de réaction chimique

Une structure simple d’une équation de réaction chimique peut être représentée comme suit :

Reˊactifs→Produits\text{Réactifs} \rightarrow \text{Produits}

Où :

  • Les réactifs sont les substances initiales qui participent à la réaction chimique.
  • Les produits sont les nouvelles substances formées à la suite de la réaction.
  • La flèche (→\rightarrow) indique la direction de la réaction des réactifs vers les produits.
  • Des coefficients (chiffres placés devant les formules des substances) sont utilisés pour équilibrer l’équation, ce qui signifie que la loi de conservation de la masse est maintenue, garantissant que le nombre de chaque type d’atome est le même parmi les réactifs et les produits.

Par exemple, l’équation pour la combustion du méthane est :

CH4+2O2→CO2+2H2O\text{CH}_4 + 2\text{O}_2 \rightarrow \text{CO}_2 + 2\text{H}_2\text{O}

Dans cette équation :

  • CH4\text{CH}_4 et O2\text{O}_2 sont les réactifs.
  • CO2\text{CO}_2 et H2O\text{H}_2\text{O} sont les produits.
  • Les coefficients “1” (devant CH4\text{CH}_4 et CO2\text{CO}_2) et “2” (devant O2\text{O}_2 et H2O\text{H}_2\text{O}) indiquent le nombre de molécules de chaque substance impliquée dans la réaction.

Les équations chimiques aident les scientifiques à décrire les réactions chimiques, prédire les résultats des interactions entre les substances et analyser quantitativement les produits formés.

Comment équilibrer une réaction chimique ?

L’équilibrage d’une réaction chimique signifie trouver des coefficients qui respectent la loi de conservation de la masse. Il existe plusieurs méthodes principales pour équilibrer les réactions chimiques. Chacune des méthodes énumérées ci-dessous a ses avantages et ses inconvénients, et le choix de la méthode dépend de la complexité de la réaction et de son aptitude à la situation spécifique.

Méthode par essais et erreurs (méthode d’inspection)

  1. Commencez par configurer l’équation non équilibrée avec les formules des réactifs et des produits.
  2. Choisissez l’élément ou le composé le plus complexe ou le plus fréquent.
  3. Ajustez les coefficients de sorte que le nombre d’atomes de chaque élément soit égal des deux côtés de l’équation.
  4. Cette approche par essais et erreurs peut nécessiter de la pratique et peut parfois être longue, mais c’est une méthode de base souvent utilisée.

Méthode du nombre d’oxydation

Utilisée pour les réactions redox.

  1. Déterminez l’état d’oxydation de tous les éléments dans les réactifs et les produits.
  2. Identifiez les substances qui perdent/gagnent des électrons et équilibrez le nombre d’électrons perdus et gagnés à l’aide de coefficients.
  3. Équilibrez complètement l’équation en ajustant les coefficients restants.

Méthode des demi-équations (méthode ion-électron)

Utilisée pour équilibrer les réactions redox, notamment en solution.

  1. Divisez la réaction globale en deux demi-réactions : oxydation et réduction.
  2. Équilibrez les atomes et la charge pour chaque demi-réaction.
  3. Combinez les demi-réactions en utilisant des coefficients pour les électrons afin d’équilibrer l’équation globale.

Méthode matricielle ou méthode mathématique

Les méthodes plus complexes incluent la méthode matricielle, qui consiste à résoudre un système d’équations linéaires pour les coefficients. Les coefficients stœchiométriques sont écrits sous forme de matrice, et les méthodes d’algèbre linéaire sont appliquées pour les résoudre. Cette méthode est particulièrement utile pour les équations très complexes et est utilisée par notre calculatrice pour les calculs. Explorons cette méthode plus en détail.

Méthode matricielle pour équilibrer les réactions chimiques

Passons en revue un exemple en utilisant la méthode matricielle pour équilibrer une réaction chimique, notamment la combustion de l’éthanol dans l’oxygène, qui conduit à la formation de dioxyde de carbone et d’eau. L’équation chimique est la suivante :

C2H5OH+O2→CO2+H2O\text{C}_2\text{H}_5\text{OH} + \text{O}_2 \rightarrow \text{CO}_2 + \text{H}_2\text{O}

Étape 1: Représentation de l’équation chimique sous forme de matrice

Nous écrivons l’équation de réaction en indiquant le nombre d’atomes de chaque élément :

C2H5OH:2 C, 6 H, 1 OO2:2 OCO2:1 C, 2 OH2O:2 H, 1 O\begin{align*} \text{C}_2\text{H}_5\text{OH}: & \quad \text{2 C, 6 H, 1 O} \\ \text{O}_2: & \quad \text{2 O} \\ \text{CO}_2: & \quad \text{1 C, 2 O} \\ \text{H}_2\text{O}: & \quad \text{2 H, 1 O} \\ \end{align*}

Nous formons une matrice où les lignes correspondent aux éléments chimiques (C, H, O), et les colonnes représentent les substances (C2H5OH\text{C}_2\text{H}_5\text{OH}, O2\text{O}_2, CO2\text{CO}_2, H2O\text{H}_2\text{O}) :

[20−10600−212−2−1][x1x2x3x4]=[000]\begin{bmatrix} 2 & 0 & -1 & 0 \\ 6 & 0 & 0 & -2 \\ 1 & 2 & -2 & -1 \end{bmatrix} \begin{bmatrix} x_1 \\ x_2 \\ x_3 \\ x_4 \end{bmatrix} = \begin{bmatrix} 0 \\ 0 \\ 0 \end{bmatrix}

Étape 2: Créez le système d’équations

À partir de la matrice, nous pouvons écrire un système d’équations où x1,x2,x3,x4x_1, x_2, x_3, x_4 sont les coefficients devant les substances :

  1. 2x1−x3=02x_1 - x_3 = 0 (carbone)
  2. 6x1−2x4=06x_1 - 2x_4 = 0 (hydrogène)
  3. x1+2x2−2x3−x4=0x_1 + 2x_2 - 2x_3 - x_4 = 0 (oxygène)

Étape 3: Résoudre le système d’équations

Résolvons ce système :

  1. À partir de la première équation : x3=2x1x_3 = 2x_1
  2. À partir de la deuxième équation : x4=3x1x_4 = 3x_1
  3. Remplacez x3=2x1x_3 = 2x_1 et x4=3x1x_4 = 3x_1 dans la troisième équation :
x1+2x2−2(2x1)−3x1=0  ⟹  x1+2x2−4x1−3x1=0  ⟹  −6x1+2x2=0x_1 + 2x_2 - 2(2x_1) - 3x_1 = 0 \implies x_1 + 2x_2 - 4x_1 - 3x_1 = 0 \implies -6x_1 + 2x_2 = 0

Donc, 2x2=6x1→x2=3x12x_2 = 6x_1 \rightarrow x_2 = 3x_1.

Étape 4: Interprétation et simplification de la solution

Si nous fixons x1=1x_1 = 1, alors nous avons :

  • x3=2x_3 = 2
  • x4=3x_4 = 3
  • x2=3x_2 = 3

Ainsi, nous équilibrons l’équation chimique :

C2H5OH+3O2→2CO2+3H2O\text{C}_2\text{H}_5\text{OH} + 3\text{O}_2 \rightarrow 2\text{CO}_2 + 3\text{H}_2\text{O}

La méthode matricielle aide efficacement à trouver les coefficients stœchiométriques même pour des réactions plus complexes.

Comment placer correctement les coefficients dans les équations chimiques ?

Placer correctement les coefficients dans les équations chimiques est un aspect clé de la chimie. Un équilibre correct est essentiel pour respecter la loi de conservation de la masse, qui stipule que la masse des substances dans un système fermé reste constante lors d’une réaction chimique. Dans l’exemple précédent, la méthode mathématique a été utilisée pour équilibrer ; considérons la méthode d’essai et erreur, qui est également connue sous le nom de méthode d’inspection. C’est l’une des méthodes les plus couramment utilisées et intuitives pour équilibrer les réactions chimiques.

Voici des étapes pour aider à équilibrer les équations chimiques :

  1. Écrire l’équation non équilibrée : Commencez par écrire l’équation de réaction, en répertoriant tous les réactifs et produits.
  2. Identifiez le nombre de chaque type d’atome : Comptez le nombre d’atomes de chaque élément de chaque côté de l’équation.
  3. Commencez par équilibrer un élément : En règle générale, commencez par un élément qui apparaît dans un seul composé de chaque côté de l’équation.
  4. Utilisez des coefficients pour équilibrer : Ajustez les coefficients devant les formules chimiques afin que la quantité de chaque type d’atome sur les côtés gauche et droite de l’équation corresponde. Les coefficients doivent être des nombres entiers.
  5. Répétez le processus pour tous les éléments : Continuez le processus d’équilibrage pour tous les éléments restants.
  6. Vérifiez l’équation : Ressaisissez le nombre final d’atomes de chaque élément de chaque côté de l’équation pour vous assurer qu’elle est équilibrée.
  7. Minimisez les coefficients : Si nécessaire, assurez-vous que tous les coefficients sont réduits au plus petit nombre entier possible tout en préservant l’équilibre.

Exemple

Équation non équilibrée : CH4+O2→CO2+H2O\text{CH}_4 + \text{O}_2 \rightarrow \text{CO}_2 + \text{H}_2\text{O}

Placement des coefficients :

  1. Carbone (C) : 1 atome de carbone dans CH4\text{CH}_4 et 1 atome de carbone dans CO2\text{CO}_2 — déjà équilibré.
  2. Hydrogène (H) : 4 atomes d’hydrogène dans CH4\text{CH}_4 et 2 atomes dans H2O\text{H}_2\text{O}. Placez un coefficient de 2 devant H2O\text{H}_2\text{O} : CH4+O2→CO2+2H2O\text{CH}_4 + \text{O}_2 \rightarrow \text{CO}_2 + 2\text{H}_2\text{O}
  3. Oxygène (O) : 2 atomes dans CO2\text{CO}_2 et 2 ×\times 1 dans H2O\text{H}_2\text{O} = 4 atomes d’oxygène requis. Placez un coefficient de 2 devant O2\text{O}_2 : CH4+2O2→CO2+2H2O\text{CH}_4 + 2\text{O}_2 \rightarrow \text{CO}_2 + 2\text{H}_2\text{O}

Maintenant, l’équation est équilibrée, car tous les atomes de chaque côté correspondent. Dans cet exemple, nous avons utilisé la méthode par essais et erreurs, qui est la méthode la plus simple et la plus intuitive pour équilibrer les réactions chimiques, bien que pour des réactions plus complexes, des méthodes avancées comme la méthode du nombre d’oxydation ou la méthode mathématique matricielle utilisée dans notre calculatrice puissent être nécessaires.

Exemples de 3 équations de réaction chimique équilibrées

Par exemple, considérons 3 autres équations de réactions chimiques équilibrées.

  1. Neutralisation de l’hydroxyde de sodium (NaOH) par l’acide chlorhydrique (HCl): NaOH+HCl→NaCl+H2O\text{NaOH} + \text{HCl} \rightarrow \text{NaCl} + \text{H}_2\text{O}

Dans cette réaction, la base réagit avec l’acide pour former un sel et de l’eau.

  1. Oxydation du fer (Fe) avec de l’oxygène (O2): 4Fe+3O2→2Fe2O34\text{Fe} + 3\text{O}_2 \rightarrow 2\text{Fe}_2\text{O}_3

Ici, nous voyons que 4 atomes de fer et 3 molécules d’oxygène sont nécessaires pour former l’oxyde de fer(III).

  1. Oxydation de l’ammoniac (NH3) avec de l’oxygène (O2): 4NH3+5O2→4NO+6H2O4\text{NH}_3 + 5\text{O}_2 \rightarrow 4\text{NO} + 6\text{H}_2\text{O}

Dans ce cas, 4 molécules d’ammoniac réagissent avec 5 molécules d’oxygène pour produire 4 molécules de monoxyde d’azote et 6 molécules d’eau.

Nous espérons que l’équilibrage des équations chimiques est maintenant plus simple et plus compréhensible, et utiliser notre calculatrice en ligne gratuite vous permettra d’obtenir rapidement et précisément les résultats nécessaires à partir de telles équations.

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