Chapitre 4: Atomes, molécules et transformations chimiques

Chapitre 4: Atomes, molécules et

transformations chimiques

nous allons nous placer à l’échelle microscopique.

1/ Les atomes

L’atome est la plus petite particule de matière.

Comme il y a différents types d’atomes (118), on les modélise par des petites boules de couleurs différentes et de tailles différentes et on leur

donne un symbole

Modèle

l’atome de  

Nom Carbone Hydrogène Oxygène Azote Symbol

e C H O N

Atome et molécule: exercices

2/ Les molécules

Dans la majorité des cas, les atomes ne restent pas seuls, ils s’assemblent pour former des molécules.

Les molécules sont donc constituées par des assemblages d’atomes liés entre eux par des liaisons chimiques.

On représente les molécules par une formule et un modèle moléculaire.

 Exemples : Les gaz dioxygène, dihydrogène, dioxyde de carbone et méthane et l’eau liquide sont constitués de molécules.

Modèle de la

molécule  

  Nom de

la molécule

Eau Dioxygène Diazote Dioxyde de carbone

Méthane Butane Formule

chimique de la molécule

H

O O

N

CO

CH

C

H

Que représentent les chiffres en indice ? Ils indiquent le nombre d’atomes dans la molécule.

Exemple : Dans H

O, il y a 2 atomes d’hydrogène et 1 atome d’oxygène.

Que représentent les lettres ? Elles indiquent le nom des atomes dans la molécule

Quand il n’y a pas de chiffre en indice, que cela signifie-t-il ? Il est sous-entendu « 1 ».

Modèle de la

molécule  

  Nom de

la molécule

Eau Dioxygène Diazote Dioxyde de carbone

Méthane Butane Formule

chimique de la molécule

H

O O

N

CO

CH

C

H

Exercice d’application : Donne la formule chimique des molécules suivantes :

Site de Gilbert Gastebois pour trouver les molécules

Modèle moléculaire

Formule chimique          

Nom Ethanol Eau oxygénée Propane Ethane Acide acétique

Modèle moléculaire

Formule chimique          

Nom Dioxyde d’azote Ethanamide dihydrogène Ethylamine Ether méthylique

C

H

O H

O

C

H

C

H

C

H

O

NO

C

H

NO H

C

H

N C

H

O

Mêm e form

ule m ais agen cem

ent d

es ato

mes 

Molécules en représentation 3D

Formules de molécules

Composition des molécules

Exercices

3/ Que se passe-t-il lors d’une transformation chimique ?

A/ Lors de la combustion du carbone dans le dioxygène.

Prenons un cas particulier:

 9 molécules de dioxygène

 9 atomes de carbone

Regardez ce qu’il se passe…

Avant la combustion

Le bocal contient

du carbone

du dioxygène

Démarrage de la combustion

source de chaleur

Combustion du carbone

= réorganisation des atomes

Combustion du carbone

= réorganisation des atomes

Après la combustion

Après la combustion

des molécules de dioxyde de carbone

Le bocal contient

Avant

la transformation

Après

la transformation



Tous les atomes de carbone (9) ont pu s’associer à des molécule de dioxygène (9) :

Il ne reste ni carbone ni dioxygène

mais seulement du dioxyde de carbone (9 )!

+

dioxyde de carbone +

C ⁺ O ₂ CO ₂

Réaction

carbone + dioxygène

Equation-bilan de la combustion:

Ecriture de l’équation-bilan de la combustion du carbone

Mettons cette fois- ci beaucoup de carbone dans un

tout petit peu de dioxygène

Regardez ce qu’il se passe…

Avant la combustion

Le bocal contient

du carbone

du dioxygène

Démarrage de la combustion

source de chaleur

Combustion du carbone

= réorganisation des atomes

Combustion du carbone

= réorganisation des atomes

Après la combustion

Après la combustion

des molécules de dioxyde

de carbone

Le bocal contient

des atomes de carbone qui

n’ont pas réagi

Avant

la réaction

Après

la réaction



Certains atomes de carbone n’ont pas réagi

 il reste du carbone.

Le carbone est en excès.

Mettons cette fois-ci peu de carbone dans

un beaucoup de dioxygène

Regardez ce qu’il se passe…

Avant la combustion

Le bocal contient

du carbone

du dioxygène

Démarrage de la combustion

source de chaleur

Combustion du carbone

= réorganisation des atomes

Combustion du carbone

= réorganisation des atomes

Après la combustion

molécules de dioxyde de carbone

molécules de

dioxygène qui n’ont

pas réagi

Après la combustion

Avant

la transformation

Après

la transformation



Certaines molécules de dioxygène n’ont pas réagi  il reste du dioxygène.

Le dioxygène est en excès.

Une transformation

chimique s’arrête quand un des réactifs a totalement

disparu !!!

Reto ur à v

otre f euille

de c ours

Etat initial Etat final

Mol é cule de dioxyg è ne Atome de carbone Mol é cule de dioxyde de carbone

Il reste du carbone mais pas de dioxygène Il s’est formé du dioxyde de carbone!

La combustion s’arrête car il n’y a plus de dioxygène

B/ Lors de la combustion du méthane dans le dioxygène.

Etat initial Etat final

Mol é cule de dioxyg è ne Molécule de méthane Mol é cule de dioxyde de carbone

Molécule d’eau

CONCLUSION : Au cours d’une transformation chimique :

 Les molécules des réactifs disparaissent pour former de nouvelles molécules, les produits.

 Le nombre d’atomes de chaque sorte ne change pas, ils se

réarrangent entre eux pour former de nouvelles molécules. Il y a CONSERVATION des atomes lors d’une transformation

chimique.

Etat initial Etat final

Molécule de dioxygène Atome de carbone

Molécule de dioxyde de carbone

Etat initial Etat final

Molécule de dioxygène

Molécule de dioxyde de carbone Molécule d’eau

Molécule de méthane

4/ Ecriture de la transformation chimique

A/ Combustion du carbone C

REACTIFS PRODUITS

NOM carbone + dioxygène dioxyde de carbone Modèles

moléculaires

Equation de la réaction avec les

symboles

C + O

CO

Attention : Il est interdit de modifier les formules chimiques pour équilibrer !!

C’est facile

ICI

B/ Combustion du méthane CH

  REACTIFS PRODUITS

NOM méthane + dioxygène dioxyde de carbone + eau

Modèles

moléculaires +

        +

Comptage des

atomes 1 C    + 4 H    + 2  O 3 O + 1 C + 2 H

Ce n’est pas équilibré au niveau des atomes !!!!

C’est beaucoup plus dur car :

Il nous faut donc une méthode pour équilibrer: il y en a

pour tous niveaux, on en prendra une simple

Cas général Exemple de la combustion du butane

1/ Ecrire le bilan de la transformation

chimique avec des mots. butane + dioxygène → dioxyde de carbone + eau

2/ Remplacer chaque molécule par sa formule chimique.

C₄H₁₀ + O₂ → CO₂ + H₂O

3/ Compter les atomes de chaque sorte : compter à gauche, puis à droite.

Si l’on ne trouve pas les mêmes nombres à gauche et à droite, la réaction n’est pas équilibrée.

Réactifs Produits

4 atomes C 10 atomes H

2 atomes O

1 atome C 2 atomes H 3 atomes O

4/ Commencer par équilibrer le C à gauche et à droite

Equilibrer l’atome C (présents dans C₄H10 et CO₂)

C₄H₁₀ + O₂ → 4 CO₂ + H₂O

5/ Continuer en équilibrant le H à gauche et à droite.

Equilibrer l’atome H (présents dans C₄H₁₀ et H₂O)

C₄H₁₀ + O₂ → 4 CO₂ + 5 H₂O 6/ Finir en équilibrant le O et en  

commençant par la

droite.

Si vous ne tombez pas sur un entier, vous multiplierez toute l’équation par 2

Equilibrer l’atome O (présents dans C₄H₁₀, 4 CO₂, O₂, et 5 H₂O)

C₄H₁₀ + 6,5 O₂ → 4 CO₂ + 5 H₂O

2 C

H

+ 13 O

→ 8 CO

+ 10 H

O

7/ Vérifier en comptant les atomes de chaque sorte.

Réactifs Produits

8 atomes C 20 atomes H 26 atomes O

8 atomes C

20 atomes H

26 atomes O

+ +

2 C

H

13 O

→ 8 CO

+ 10 H

O

Butane + dioxygène → dioxyde de

carbone + eau

Cas général Exemple de la combustion du butane 1/ Ecrire le bilan de la transformation

chimique avec des mots.

méthane + dioxygène → dioxyde de carbone +

eau

2/ Remplacer chaque molécule par sa formule chimique.

CH₄ + O₂ → CO₂ + H₂O

3/ Compter les atomes de chaque sorte :

compter à gauche, puis à droite.

Si l’on ne trouve pas les mêmes nombres à gauche et à droite, la réaction n’est pas équilibrée.

Réactifs Produits

1 atomes C 4 atomes H 2 atomes O

1 atome C 2 atomes H 3 atomes O

4/ Commencer par équilibrer le C à gauche et à droite

Equilibrer l’atome C (présents dans CH

et CO

)

CH

+ O

→ CO

+ H

O 5/ Continuer en équilibrant le H à

gauche et à droite.

Equilibrer l’atome H (présents dans CH

et H

O)

CH

+ O

→ CO

+ 2 H

O  

6/ Finir en équilibrant le O et en commençant par la droite.

Si vous ne tombez pas sur un entier, vous multiplierez toute l’équation par 2

CH

+ 2 O

→ CO

+ 2 H

O  

  7/ Vérifier en comptant les atomes de

chaque sorte.

Réactifs Produits

1 atomes C 4 atomes H 4 atomes O

1 atomes C 4 atomes H 4 atomes O

  REACTIFS PRODUITS

NOM méthane + dioxygène dioxyde de carbone + eau

Modèles moléculaires ⁺

  +

Equation de la réaction avec symboles

CH

+ 2 O

CO

+ 2 H

O

CONCLUSION :

L’équation de la réaction précise le sens de la transformation et traduit la conservation des atomes par des nombres placés devant les formules.

C/ Applications à d’autres combustions

C/ Applications à d’autres combustions

REACTIFS PRODUITS

NOM

Modèles moléculaires

  +

          +

Equation de la réaction avec

symb. C

H

+ 5 O

3 CO

+ 4 H

O

  REACTIFS PRODUITS

NOM hexane + dioxygène dioxyde de carbone + eau

Modèles moléculaires

+                 

+                    

Equation de la

réaction

2 C

H

+ 19 O

12 CO

+ 14 H

O

  REACTIFS PRODUITS

NOM dihydrogène + dioxygène eau

Modèles moléculaires ⁺

Equation de la réaction

2 H

+ O

2 H

O

  REACTIFS PRODUITS

NOM fer + dioxygène Oxyde de fer

Modèles moléculaires ⁺ 

      Inventé

Equation de la réaction

4 Fe + 3 O

2 Fe

O

5/ La masse est-elle conservée lors d’une transformation chimique ?

Essayons donc d’aider notre ami tintin, embarqué à bord du plus célèbre sous-marin de la BD

« Le Trésor de Rackham le Rouge »

Professeur, j’ai un problème ! Mon sous- marin ne remonte plus. Que puis-je faire ?

J’ai un stock de craie, d’acide et de soude à bord, est-ce que cela peut m’aider ?

1

les craies et l’acide. Ça produit un gaz (CO₂ je crois) qui te fera

remonter à la surface car il allègera ton sous-marin !

2

3

L’expérience décrite par Tournesol va-t-elle sauver Tintin ou le capitaine Haddock dit-il la vérité?

1/ Ce que je pense et ce que je vais faire…  RAISONNER ( /2)

Je pense que Haddock a raison car la masse totale des molécules ne changera pas lors de la réaction chimique. En effet, les molécules ne peuvent pas sortir du sous-marin. Je vais peser les réactifs (craie + acide chlorhydrique) au début puis tout au long de la réaction avec une balance. Attention, il faut un bocal FERME.

Le matériel que je vais utiliser est :

Erlenmeyer fermé avec bouchon, craie, acide chlorhydrique, balance, spatule, pipette.

2/ Je réalise mon expérience…  proprement et dans le calme. (

3/ Ce que j’observe… S’INFORMER ( /2) Les résultats CHIFFRES de mon expérience sont : 

AU début de l’expérience :

L’ensemble ( craie + acide dans l’erlenmeyer + bouchon) pèse 200,00 g Au cours de l’expérience, la craie se rongée par l’acide et du dioxyde de carbone se forme.

La masse est et reste toujours de 200,00 g.

Je réalise un schéma légendé et

PROPRE de l’expérience que j’ai faite et

j’indique les résultats chiffrés:

« Rien ne se perd, rien ne se crée, tout se transforme"

5/ Ouverture : Encore ce fameux Antoine

LAVOISIER (18

siècle), père de la chimie moderne, qui revient avec sa célèbre maxime : Explique pourquoi il a dit cela.

L’équation de la transformation chimique qui a lieu est : CaCO

+ 2 HCl  CaCl

+ CO

+ H

O

Il y a conservation des atomes de chaque sorte durant cette réaction : ce qui change est leur arrangement.

La maxime de Lavoisier (Rien se perd, rien ne se crée, tout se transforme) est ici facile à comprendre.

Conservation de la masse selon Lavoisier

Exer cices

1

2

3

4

5

6

7 Facile 2 C

H

+ 7 O

 4 CO

+ 6 H

O

N

+ 3 H

 2 NH

2 C+ O

 2 CO Fe + Cl

 FeCl

N

+2 O

 2 NO

H

+ Cl

 2 HCl  

C

H

+ 3 Cl

 C

H

Cl

2 NO + O

 2 NO

2 SO

+ O

 2 SO

4 Cu + O

 2 Cu

O 2 Fe + 3 Cl

 2 FeCl

2 SnO + O

 2 SnO

2 Al + 3 Cl

 2 AlCl

Plus difficile Mg + CO

 CO + MgO

2 H

S + O

 2 H

O + 2 S 2 CuO + C  2 Cu + CO

Cr

O

+ 2 Al  2 Cr + Al

O

2 Al +3 H

O  Al

O

+ 3 H

Fe

O

+ 2 Al  Al

O

+ 2 Fe

C

H

+ 11 O

 7 CO

+ 8 H

O C

H

O + 3 O

 2 CO

+ 3

H

O

C

H

O + 7 O

 6 CO

+ 3 H

O C

H

+ 8 O

 6 CO

+ 6 H

O C

H

+ 6 O

 4 CO

+ 4 H

O 2 C

H

+ 15 O

 12 CO

+ 6 H

O

8

9

Ex 14 p70 :

a) Réactifs : 3 C ; 8 H ; (5x2)= 10 O

Produits : 3 C ; (3x2)+4= 10 O ; (4x2)= 8 H Þ Réaction équilibrée

b) Réactifs : 2 H ; 2 O Produits : 2 H ; 1 O

Þ Réaction non équilibrée H

+ 0

→ H

O H

+ O

→ 2 H

0

2 H

+ O

→ 2 H

O c) Réactifs : 1 C ; (1+2)= 3 O Produits : 2 C ; (2x2)= 4 O

Réaction non équilibrée CO + O

→ 2 CO

2 CO + O

→ 2 CO

Ex 16 p71 :

a) C

H

+ O

→ CO

+ H

O C

H

+ O

→ 4 CO

+ H

O C

H

+ O

→ 4 CO

+ 5 H

O

C

H

+ 6,5 O

→ 4 CO

+ 5 H

O 2 C

H

+ 13 O

→ 8 CO

+ 10 H

O b) C + O

→ CO

C + O

→ 2 CO 2 C + O

→ 2 CO

c) C

H

+ O

→ CO

+ H

O

C

H

+ O

→ 5 CO

+ H

O

C

H

+ O

→ 5 CO

+ 6 H

O

C

H

+ 8 O

→ 5 CO

+ 6 H

O

Ex 17 p71 :

1. Chimiste britannique qui réalisa la synthèse de l’eau en 1783.

2. Dihydrogène : H

3. Equation de réaction : H

+ O

→ H

O

H

+ O

→ 2 H

O

2 H

+ O

→ H

O

Ex 19p71 : 1. Réactifs :

- dioxyde de carbone : CO

- eau : H

O

2. Produits :

- glucose : C

H

O

- dioxygène : O

3. Equation de réaction :

CO

+ H

O → C

H

O

+ O

6 CO

+ H

O → C

H

O

+ O

6 CO

+ 6 H

O → C

H

O

+ O

6 CO

+ 6 H

O → C

H

O

+

6 O

Ex 20 p71 : 1. Réactifs : - alcool : C

H

O - dioxygène : O

2. Produits :

- dioxyde de carbone : CO

- eau : H

O

3. Bilan littéral :

alcool + dioxygène → dioxyde de carbone + eau

4. Equation de réaction :

C

H

O + O

→ CO

+ H

O

C

H

O + O

→ 2 CO

+ H

O

C

H

O + O

→ 2 CO

+ 3 H

O

C

H

O + 3 O

→ 2 CO

+ 3 H

O

Equilibrer des réactions chimiques 1

Equilibrer des réactions chimiques 2

Equilibrer des réactions chimiques 3

Equilibrer des réactions chimiques 4

Vérifie si tu as vraiment tout bien compris encore une fois

En complément: Explication de la combustion du carbone

Réalise ces exercices intéractifs

Molécules et coefficients

Equilibrage réactions avec ballons

Un peu de tout 1

Un peu de tout 2

Molécules en 3D avec lunettes