Le balancement d'une équation chimique

Balancer une équation chimique, c’est équilibrer le nombre total d’atomes dans chacun des côtés 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 dans chaque côté de l’équation, soit du côté des réactifs et du côté des produits. Afin d’y arriver, on doit placer des coefficients (un nombre) devant les formules chimiques des molécules de manière à ce que les atomes soient égaux tant du côté des réactifs que du côté des produits.

Le coefficient en avant de la formule moléculaire sert de multiplicateur de la quantité d’atomes présents dans la molécule.

On peut utiliser les fractions pour équilibrer une équation chimique. Ce type de méthode est utilisé pour résoudre des équations ou il y a un nombre pair de réactifs et impair de produits ou vice-versa.

Exemples d'équation à balancer :

  • H2 + O2 → H2O (Cliquer ici)
  • CH4 + O2 → CO2 + H2O (Cliquer ici)
  • Fe + O2 → Fe2O3 (Cliquer ici)
  • C8H18 + O2 → CO2 + H2O (Cliquer ici)

Exemples de balancement d'équations chimiques

Équilibrons l'équation suivante:

H2 + O2 → H2O

On a deux atomes d'hydrogène dans les réactifs ainsi que dans le produit.

H2 + O2 → H2O

On a deux atomes d'oxygène dans les réactifs, mais un seul atome d'oxygène dans le produit. On doit donc inscrire un coefficient de 2 en avant de la formule moléculaire H2O pour avoir autant d'oxygène à gauche et à droite.

H2 + O2 2 H2O

Réactif: O2 = 2 atomes d'oxygène
Produit: 2 O = 2 x O = 2 atomes d'oxygène

Cela vient équilibrer le nombre d'atomes d'oxygène à gauche et à droite, mais on se retrouve alors avec 2 atomes d'hydrogène à gauche et 4 à droite.

Réactif: H2 = 2 atomes d'hydrogène
Produit: 2 H2 = 2 x H2 = 4 atomes d'hydrogène

On doit placer un coefficient de 2 en avant du réactif H2 pour rééquilibrer l'hydrogène dans l'équation.

2 H2 + O2 → 2 H2O

Ainsi, on se retrouve avec 4 atomes d'hydrogène et 2 atomes d'oxygène, autant dans les réactifs que dans les produits. L'équation balancée est donc :

2 H2 + O2 → 2 H2O

 

Soit l’équation suivante :

CH4 + O2 → CO2 + H2O

Vérifions si l’équation est équilibrée en comparant le nombre d’atomes de chaque élément dans les réactifs (CH4 et O2) à celui retrouvé dans les produits (CO2 et H2O).

On a un atome de carbone de chaque côté.

On a 4 atomes d'hydrogène dans les réactifs et 2 dans les produits. On va donc inscrire un coefficient de 2 devant la molécule H2O afin d'équilibrer les atomes d'hydrogène.

CH4 + O2 → CO2 + 2 H2O

On a 2 atomes d'oxygène dans les réactifs et 4 atomes d'oxygène dans les produits. On inscrit donc un coefficient de 2 devant la molécule de O2 afin d'équilibrer les atomes d'oxygène.

CH4 + 2 O2 → CO2 + 2 H2O
 
Il y a donc 1 atome de carbone, 4 atomes d'hydrogène et 4 atomes d'oxygène autant du côté des réactifs et que du côté des produits. L'équation équilibrée est donc:

CH4 + 2 O2 → CO2 + 2 H2O

Une équation équilibrée respecte la loi de la conservation de la matière. Cela signifie que la masse totale des réactifs est égale à la masse totale des produits.

Équilibrer une équation comportant un nombre pair de réactifs et impair de produits ou vice-versa

Fe + O2 → Fe2O3

Il y a 1 atome de fer dans les réactifs et 2 atomes dans les produits. Il faut donc inscrire un coefficient de 2 devant le Fe afin d'équilibrer les atomes de carbone.

2 Fe+ O2 → Fe2O3

Jusqu'ici, le fer est équilibré. Par contre, si on regarde les atomes d'oxygène, on trouve :

Réactifs: 2 atomes d'oxygène

Produits: 3 atomes d'oxygène
 
La question à se poser est: 2 fois quel nombre donne 3?
|2\cdot x=3|

Puisqu'il n'existe aucun nombre entier possible, il faut trouver une fraction qui répondra à ce problème en isolant la variable x.

|x = \frac{3}{2}|

La fraction à inscrire devant la molécule de O2 sera |\frac{3}{2}|
2 Fe+ |\frac{3}{2}| O2 → Fe2O3

Pour enlever la fraction, on multiplie tous les coefficients de l'équation par le dénominateur de ladite fraction. Dans ce cas-ci, on multiplie par 2.

2x (2 Fe+ |\frac{3}{2}|O2 → Fe2O3)

Ainsi, l'équation équilibrée est :

4 Fe+ 3O2 → 2 Fe2O3

C8H18 + O2 → CO2 + H2O

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 le CO2 afin d'équilibrer les atomes de carbone.

C8H18 + O28 CO2 + H2O

Il y a 18 atomes d'hydrogène dans les réactifs et 2 dans les produits. On inscrit alors un coefficient 9 en avant de la molécule de H2O.

C8H18 + O2 → 8 CO2 + 9 H2O

Jusqu'ici, le carbone et l'hydrogène sont équilibrés. Par contre, si on regarde les atomes d'oxygène, on trouve :

Réactifs: 2 atomes d'oxygène

Produits: 25 atomes d'oxygène ( |8\cdot O_{2}+9\cdot O=16 O+9 O=25 O|)
 
La question à se poser est: 2 fois quel nombre donne 25?
|2\cdot x=25|

Puisqu'il n'existe aucun nombre entier possible, il faut trouver une fraction qui répondra à ce problème en isolant la variable x.

|x = \frac{25}{2}|

La fraction à inscrire devant la molécule de O2 sera |\frac{25}{2}|

C8H18 + |\frac{25}{2}| O2 → 8 CO2 + 9 H2O

Pour enlever la fraction, on multiplie tous les coefficients de l'équation par le dénominateur de ladite fraction. Dans ce cas-ci, on multiplie par 2.

2x (C8H18 + |\frac{25}{2}| O2 → 8 CO2 + 9 H2O)

Ainsi, l'équation équilibrée est :

2 C8H18 + 25 O2 → 16 CO2 + 18 H2O

Méthode algébrique

Cette méthode, quoique très efficace, est plus complexe que l'habituel "essai-erreurs". Ainsi, elle est souvent vue en chimie de secondaire 5 plutôt qu'en sciences de 4. Toutefois, une fois maîtrisée, cette méthode est incroyable!

Cu + HNO3 → Cu(NO3)2 + NO + H2O

- On place des variables devant chaque molécule :
aCu + bHNO3xCu(NO3)2 + yNO + zH2O

- Pour chaque atome, on crée une équation algébrique
Cu : 1a = 1x
H   : 1b = 2z (car il y a 1H dans la molécule b et 2H dans la molécule z)
N   : 1b = 2x + 1y
O   : 3b = 6x+ 1y +1z

On a donc un système d'équations avec autant d'équations que d'atomes différents.

- On donne une valeur arbitraire à une variable "compliquée", par exemple b=10

1) a = x
2) 10 = 2z
3) 10 = 2x + y
4) 3(10) = 6x + y + z
À l'aide de l'équation 2), on peut trouver que z = 5

b = 10
z = 5
3) 10 - 2x = y
4) 30 = 6x + 10 - 2x + 5
30 = 6x - 2x + 15
30 = 4x + 15
15 = 4x
15/4 = x

Dans l'équation 3), on isole la variable y. Ainsi, on peut substituer la valeur de y de l'équation 3 dans l'équation 4.

Ainsi, on peut trouver la valeur x et de a, car
a = x

a = 15/4
b = 10
x = 15/4
z = 5

3) 10 = 2(15/4) + y
10 = 30/4 + y
10 - 30/4 = y
40/4 - 30/4 = y
10/4 = y

En remplacent la valeur de x dans l'équation 3), cela nous a permis de trouver la valeur de y.

a = 15/4
b = 10
x = 15/4
y = 10/4
z = 5

a = 15
b = 40
x = 15
y = 10
z = 20

On doit se débarrasser des dénominateurs, alors on multiplie par 4 partout.

a = 15
b = 40
x = 15
y = 10
z = 20

a = 3
b = 8
x = 3
y = 2
z = 4

Lorsqu'on peut, on doit réduire au maximum les coefficients. Ici, il est possible de tout diviser par 5.

 L'équation finale sera donc :
3Cu + 8HNO3 → 3Cu(NO3)2 + 2NO + 4H2O

Les exercices

Les références
 

  • MELS
  • Rogers
  • Réunir Réussir
  • Fondation Réussite Jeunesse