Enveloppe du Bâtiment Page 1

Chapitre 3 Sciences Physiques - BTS

La réaction chimique

1. Les équations bilans

1.1. Noms et symboles

Une réaction chimique peut être considérée comme une réorganisation de la matière.

On distingue les « réactifs » des « produits de la réaction »

On écrit l’équation bilan qui ne donne aucune information sur la façon dont se déroule la

réaction.

Réactif 1 + Réactif 2 + Réactif 3 + …. = Produit 1 + Produit 2 + produit 3 …

ou

Réactif 1 + Réactif 2 + Réactif 3 + …. Produit 1 + Produit 2 + produit 3 …

1.2. Equilibrer une équation bilan

Equilibrer une équation bilan demande l’application successive de deux lois de conservations :

La loi de conservation des éléments chimiques : chaque élément chimique doit se trouver en

nombre identique des 2 côtés de l’équation.

« Rien ne se perd, rien ne se crée, tout se transforme » Antoine Laurent de Lavoisier (1743 – 1794)

La loi de conservation de la charge électrique

1.3. Exemples

Le propane gazeux régit avec le dioxygène de l’air pour donner du gaz carbonique et de l’eau

…………………………………………………………………………………………………………………………………………………

L’ion Fe2+ réagit avec l’élément Aluminium pour donner l’élément Fer et des ions Aluminium

…………………………………………………………………………………………………………………………………………………

La réaction entre le permanganate de potassium et une solution de fer

…MnO4- + …H+ + …Fe2+ → …Mn2+ + …H2O + …Fe3+

Enveloppe du Bâtiment Page 2

2. Quelques familles de réactions

2.1. Les réactions de combustion

La combustion est une réaction chimique exothermique qui ne peut

se produire que si l’on réunit trois éléments : un combustible, un

comburant et une énergie d’activation en proportion suffisante . On

représente de façon symbolique cette association par le triangle du feu.

Le combustible peut être un gaz ( butane, propane, gaz de ville,

dihydrogène …), un liquide (essence, gasoil, huile, kérosène …), un

solide (bois, papier …)

Le comburant est l’autre réactif de la réaction chimique.

La plupart du temps, il s’agit de l’air ambiant et plus

particulièrement le dioxygène mais il peut s’agir d’autre

composés comme le dichlore Cl2

Combustion complète du méthane dans le dioxygène :

…………………………………………………………………………………………………

Combustion du fer dans le dichlore : … Fe(s) + … Cl2(g) = … FeCl3(s)

2.2. Les réactions d’addition

L’addition est une réaction au cours de laquelle plusieurs molécules « fusionnent » pour n’en donner

qu’une seule. Ces réactions ont lieu en particulier sur les alcènes comportant des doubles liaisons

carbone et on parle de « l’ouverture de la double liaison »

addition du dihydrogène sur l’éthène (l’éthylène) : C2H4(g) + H2 = C2H6

Réaction d’hydrogénation :

Enveloppe du Bâtiment Page 3

addition du dichlore sur l’ethylène : C2H4 + Cl2 C2H4Cl2 (dichloro -1, 2éthane)

addition de l’eau sur l’ethylène : C2H4 + H2O C2H6O (éthanol)

Réaction d’hydratation :

Enveloppe du Bâtiment Page 4

2.3. Les réactions d’élimination

On peut considérer que l’élimination est une réaction au cours de laquelle une double liaison

carbone : C=C est formée tandis qu’une petite molécule est libérée.

élimination d’eau d’une molécule de butanol C4H10O : réaction de déshydratation.

C4H10O(l) H2O(l) + C4H8(l)

2.4. Les réactions de substitution

La substitution est une réaction au cours de laquelle un élément d’une molécule est remplacé par

une autre.

substitution du brome par de l’iode sur le bromobutane C4H9Br

C4H9Br + HI HBr + C4H9I

Chloration du méthane : à chaud, entre 350 et 600°C, ou en présence de lumière, on obtient un

mélange de CH3Cl, CH2Cl2, CHCl3 et CCl4

2.5. Les réactions de polyaddition

Les polyadditions sont des réactions au cours desquelles un grand nombre de molécules identiques

s’additionnent les unes aux autres (l’addition a lieu à chaque fois sur une double liaison). L’unique

réactif s’appelle le monomère tandis que le seul produit s’appelle le polymère. Les polymères sont

des macromolécules.

(pollus=plusieurs – meros = partie)

Exemples : polychlorure de vinyle (PVC) ; polyamides,

polyuréthanes, silicones, caoutchouc …

Polymérisation par addition :

Enveloppe du Bâtiment Page 5

Le caoutchouc naturel : un polymère de l’isoprène :

2.6. Les réactions de polycondensation

Les polycondensations sont des réactions d’additions suivies d’élimination de petites molécules

(comme de l’eau).

2.7. Les réactions de précipitation

La précipitation est une réaction au cours de laquelle des anions et des cations s’agglomèrent pour

former un solide ionique que l’on appelle précipité. Les réactions de précipitation sont utilisée dans

la mise en évidence de certains ions : ions sulfates, ions chlorures, ions metalliques …

Mise en évidence des ions ferriques Fe3+ : test à la soude concentrée.

Quelques gouttes de soude concentrée NaOH dans une solution contenant des ions Fe3+ fait

apparaitre un précipité de couleur rouille caractérisant l’ion ferrique :

Fe3+(aq) + 3OH-

(aq) = Fe(OH)3(s)

Mise en évidence des ions chlorures Cl- : test au nitrate d’argent.

Quelques gouttes de nitrate d’argent dans une solution contenant des ions chlorures fait apparaitre

un précipité blanc de chlorure d’argent :

Ag+(aq) + Cl-(aq) = AgCl(s)

2.8. Les réactions acido-basiques

Les réactions acido-basiques sont des réactions au cours desquelles il y a échange de prorons H+. Ces

réactions feront l’objet d’une étude ultérieure.

2.9. Les réactions d’oxydoréduction

Ces réactions sont caractérisées par un transfert d’électrons. Ces réactions feront l’objet d’une étude

ultérieure.

Enveloppe du Bâtiment Page 6

3. Bilan de matière d’une réaction

3.1. Oxydation du fer en Fe2O3 par le dioxygène.

Exemple : Une mole de Fe réagit avec 0,5 mol de dioxygène

Tableau d’avancement :

Etat du système avancement nFe [mol] nO2 [mol] nFe2O4 [mol]

Etat initial 0 1 0.5 0

Etat intermédiaire

Etat final Quel est le réactif limitant ?

3.2. Exemple d’une réaction totale dans les proportions stochiométriques.

La réaction est totale quand au moins l’un des réactifs disparait totalement. Elle est de plus dans les

condiditons stochiométriques quand tous les réactifs disparaissent totalement.

Exemple : combustion d’1 mole de méthane dans 2 moles de dioxygènes :

CH4 + 2O2 = CO2 + 2H2O

Etat du système avancement n1 [mol] n2 [mol] n3 [mol] n4 [mol]

Etat initial 0 1 2 0 0

Etat intermédiaire

Etat final 0 0 1 2

L’avancement final satisfait 4 équations :

Donc :

3.3. Exemple d’une réaction totale avec un réactif limitant.

Une réaction totale n’est pas nécessairement dans les conditions stochiométriques. Il existe alors un

réactif limitant qui sera seul totalement consommé. Les autres réactifs sont en excés, donc il en

restera dans l’état final.

Exemple : Oxydation du fer Fe3O4 par le dioxygène avec n1 = 3 mol et n2 = 4 mol

Enveloppe du Bâtiment Page 7

Tableau d’avancement :

Etat du système avancement nFe [mol] nO2 [mol] nFe3O4 [mol]

Etat initial 0 3 4 0

Etat intermédiaire

Etat final =1 0 2 1

Le réactif limitant est le fer, le dioxygène est en excès.

3.4. Conservation de la masse lors d’une réaction.

La loi de conservation de la masse découle directement de la loi de conservation des éléments :

3.5. Les catalyseurs de réaction.

Un catalyseur est une substance qui accroit la cinétique d’une réaction. Il ne fait pas partie ni des

réactifs, ni des produits, il n’apparaît donc pas dans l’équation bilan. Il participe à la réaction puis est

régénéré.

Exemple : le pot catalytique contient une chambre d’acier inoxydable recouvert d’alumine, de

cérine de platine, de palladium ou de rhodium. Ces éléments déclenchent ou accentuent les

réactions chimiques qui tendent à transformer les constituants les plus toxiques (monoxyde de

carbone, hydrocarbure imbrûlés, oxyde d’azote), en éléments moins toxiques (eau et CO2).

3.6. Rendement d’une réaction.

Le rendement est défini comme le rapport de la quantité de matière reéllement obtenue [mol] par la

quantité de matière calculée.

Enveloppe du Bâtiment Page 8

Chapitre 3 Sciences Physiques - BTS

Exercices

Exercice 1

Exercice 2

Enveloppe du Bâtiment Page 9

Exercice 3

Exercice 4