Les transformations chimiques
Quatrième · Physique-Chimie · Organisation et transformations de la matière
Transformation chimique : réactifs et produits
Quand tu fais fondre un glaçon, l'eau reste de l'eau : rien de nouveau n'apparaît. Mais quand tu brûles du bois ou du carbone, la matière de départ disparaît et de nouvelles espèces chimiques se forment. C'est toute la différence entre une transformation physique et une transformation chimique.
Physique ou chimique ? Savoir les distinguer
| Transformation | Type | Pourquoi ? |
|---|---|---|
| Fusion d'un glaçon | Physique | L'eau change d'état mais reste de l'eau |
| Évaporation de l'eau d'un verre | Physique | Changement d'état, aucune espèce nouvelle |
| Combustion du carbone | Chimique | Le carbone disparaît, du dioxyde de carbone apparaît |
| Clou de fer qui rouille | Chimique | Le fer se transforme en rouille, une espèce nouvelle |
| Sucre dissous dans l'eau | Physique | Le sucre est toujours là, juste dispersé (dissolution) |
Au niveau microscopique, une transformation chimique correspond à un réarrangement des atomes : les atomes présents dans les réactifs se séparent des molécules qu'ils formaient, puis se réassemblent autrement pour former les molécules des produits. Aucun atome n'est créé ni détruit : on retrouve exactement les mêmes, en même nombre, simplement regroupés d'une autre façon. Sur le plan visible, plusieurs indices doivent t'alerter : un changement de couleur qui ne s'explique pas par un simple mélange, la formation de bulles de gaz, l'apparition d'un solide qui n'était pas là au départ, un dégagement de chaleur ou de lumière, ou encore une odeur nouvelle. Un seul de ces signes suffit à soupçonner une transformation chimique, mais seul un test précis, comme ceux présentés plus bas, permet de l'affirmer avec certitude.
Identifier les produits : les tests classiques
- Dioxyde de carbone (CO2) : il trouble l'eau de chaux.
- Eau (H2O) : elle fait passer le sulfate de cuivre anhydre du blanc au bleu.
- Dioxygène (O2) : il ravive une bûchette incandescente.
- Dihydrogène (H2) : il produit une petite détonation (« aboiement ») à l'approche d'une flamme.
Chaque test exploite une réaction chimique caractéristique du gaz ou du liquide recherché, ce qui permet de l'identifier sans se tromper. Le dioxyde de carbone trouble l'eau de chaux parce qu'il y forme un solide blanc en suspension ; c'est aussi ce gaz qui éteint une flamme, raison pour laquelle on l'utilise dans les extincteurs — à l'inverse du dioxygène, qui ravive une bûchette incandescente parce qu'il entretient les combustions. Le sulfate de cuivre anhydre, lui, change de couleur, du blanc au bleu, uniquement au contact de l'eau : ce test permet de prouver la présence d'eau même en toute petite quantité, par exemple sous forme de buée. Le dihydrogène, lui, se reconnaît autrement : présenté à l'approche d'une flamme, il produit une petite détonation, un « aboiement » caractéristique, car il brûle très rapidement au contact du dioxygène de l'air. Retiens bien qu'à chaque produit correspond un seul test fiable : confondre les tests, c'est risquer d'identifier le mauvais gaz.
Atomes, molécules et conservation de la masse
Pour comprendre ce qui se passe vraiment pendant une transformation chimique, il faut zoomer à l'échelle microscopique : la matière est faite de molécules, elles-mêmes constituées d'atomes.
| Espèce chimique | Formule | Composition d'une molécule |
|---|---|---|
| Eau | H2O | 2 atomes H + 1 atome O |
| Dioxyde de carbone | CO2 | 1 atome C + 2 atomes O |
| Dioxygène | O2 | 2 atomes O |
| Diazote | N2 | 2 atomes N |
| Méthane | CH4 | 1 atome C + 4 atomes H |
| Dihydrogène | H2 | 2 atomes H |
L'équation de réaction
À l'échelle des atomes, une transformation chimique est un réarrangement : les molécules des réactifs se cassent, et leurs atomes se réassemblent autrement pour former les produits. On le traduit par une équation de réaction.
Combustion du méthane : CH4 + 2 O2 → CO2 + 2 H2O
La conservation de la masse
Comme les atomes ne sont ni créés ni détruits (juste réarrangés), la masse totale ne change pas : la masse des réactifs consommés est égale à la masse des produits formés. C'est la loi de Lavoisier : « Rien ne se perd, rien ne se crée, tout se transforme. »
Exercices corrigés
Lors d'une transformation chimique, comment appelle-t-on les espèces chimiques qui disparaissent ?
- A.Les produits
- B.Les réactifsBonne réponse
- C.Les solvants
- D.Les mélanges
Réponse : B — Les réactifs
Les espèces qui disparaissent (consommées) sont les réactifs ; celles qui apparaissent sont les produits. Retiens le sens de la flèche : réactifs → produits.
Quelle est la formule chimique du dioxyde de carbone ?
- A.CO
- B.O2
- C.CO2Bonne réponse
- D.C2O
Réponse : C — CO2
Le dioxyde de carbone a pour formule CO2 : 1 atome de carbone et 2 atomes d'oxygène. CO est le monoxyde de carbone (un gaz toxique différent) et O2 est le dioxygène.
La fusion d'un glaçon est…
- A.une transformation chimique
- B.une réaction de combustion
- C.une transformation nucléaire
- D.une transformation physiqueBonne réponse
Réponse : D — une transformation physique
Pendant la fusion, l'eau passe de l'état solide à l'état liquide mais reste de l'eau (H2O) : aucune espèce nouvelle n'apparaît. C'est donc une transformation physique.
De quels atomes est composée une molécule d'eau H2O ?
- A.2 atomes d'hydrogène et 1 atome d'oxygèneBonne réponse
- B.1 atome d'hydrogène et 2 atomes d'oxygène
- C.2 atomes d'hélium et 1 atome d'oxygène
- D.1 atome d'hydrogène et 1 atome d'oxygène
Réponse : A — 2 atomes d'hydrogène et 1 atome d'oxygène
Dans H2O, le « 2 » en indice porte sur le H qui le précède : 2 atomes d'hydrogène, puis 1 atome d'oxygène (pas d'indice = 1 atome). Attention : H est l'hydrogène, pas l'hélium (He) !
On brûle entièrement 12 g de carbone dans 32 g de dioxygène (tout est consommé). Quelle masse de dioxyde de carbone obtient-on ?
- A.32 g
- B.20 g
- C.44 gBonne réponse
- D.12 g
Réponse : C — 44 g
D'après la conservation de la masse : masse des produits = masse des réactifs consommés = 12 + 32 = 44 g. La masse ne disparaît jamais, les atomes sont juste réarrangés.
Combien y a-t-il d'atomes en tout dans une molécule de dioxyde de carbone CO2 ?
- A.2
- B.4
- C.1
- D.3Bonne réponse
Réponse : D — 3
CO2 contient 1 atome de carbone + 2 atomes d'oxygène, soit 3 atomes en tout. Ne confonds pas le nombre d'atomes et le nombre de types d'atomes (ici 2 types : C et O).
L'équation 2 H2 + O2 → 2 H2O est-elle équilibrée ?
- A.Oui : 4 H et 2 O de chaque côtéBonne réponse
- B.Non : il manque un atome d'oxygène à droite
- C.Non : il y a trop d'hydrogène à gauche
- D.Oui : 2 H et 2 O de chaque côté
Réponse : A — Oui : 4 H et 2 O de chaque côté
À gauche : 2 × H2 = 4 H, et O2 = 2 O. À droite : 2 × H2O = 4 H et 2 O. On retrouve bien 4 H et 2 O de chaque côté : l'équation est équilibrée. Le « 2 » devant une formule multiplie tous ses atomes.
On brûle entièrement 16 g de méthane dans 64 g de dioxygène. On obtient 44 g de dioxyde de carbone et de l'eau. Quelle masse d'eau s'est formée ?
- A.44 g
- B.36 gBonne réponse
- C.80 g
- D.20 g
Réponse : B — 36 g
Masse totale des réactifs : 16 + 64 = 80 g. Par conservation de la masse, les produits pèsent aussi 80 g. Masse d'eau = 80 − 44 = 36 g. Raisonne toujours en deux étapes : total, puis soustraction.
Quel test permet d'identifier le dioxyde de carbone ?
- A.Il trouble l'eau de chauxBonne réponse
- B.Il ravive une bûchette incandescente
- C.Il colore le sulfate de cuivre anhydre en bleu
- D.Il produit une détonation à la flamme
Réponse : A — Il trouble l'eau de chaux
Le CO2 trouble l'eau de chaux. La bûchette ravivée identifie le dioxygène, le sulfate de cuivre anhydre bleui identifie l'eau, et la détonation identifie le dihydrogène.
Dans l'équation CH4 + 2 O2 → CO2 + 2 H2O, quels sont les réactifs ?
- A.Le dioxyde de carbone et l'eau
- B.Le méthane et le dioxyde de carbone
- C.Le méthane et le dioxygèneBonne réponse
- D.Le dioxygène et l'eau
Réponse : C — Le méthane et le dioxygène
Les réactifs sont à gauche de la flèche : le méthane (CH4) et le dioxygène (O2). À droite, CO2 et H2O sont les produits. La flèche se lit « donnent ».
Pourquoi la masse se conserve-t-elle lors d'une transformation chimique ?
- A.Parce que les produits sont toujours des gaz
- B.Parce que les molécules ne changent pas
- C.Parce que les atomes sont réarrangés, sans être créés ni détruitsBonne réponse
- D.Parce que la température reste constante
Réponse : C — Parce que les atomes sont réarrangés, sans être créés ni détruits
Les molécules, elles, changent (c'est justement la transformation chimique !), mais les atomes qui les composent sont conservés : ils se réassemblent autrement. Même nombre d'atomes = même masse totale.
On enferme de la laine de fer et du dioxygène dans un flacon hermétiquement fermé posé sur une balance : elle affiche 250 g. On déclenche la combustion du fer. Qu'affiche la balance après la transformation ?
- A.Moins de 250 g, car du dioxygène a été consommé
- B.Plus de 250 g, car de l'oxyde de fer s'est formé
- C.Exactement 250 gBonne réponse
- D.On ne peut pas savoir sans connaître la masse de fer
Réponse : C — Exactement 250 g
Le flacon est fermé : aucune matière n'entre ni ne sort. Les atomes de fer et d'oxygène se sont réarrangés en oxyde de fer, mais ils sont tous encore dans le flacon. La masse totale est donc inchangée : 250 g. Le dioxygène « consommé » n'a pas disparu, ses atomes sont dans le produit !
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