Les transformations chimiques en 3ᵉ : cours, exercices et méthode pour le brevet

Reconnaître une transformation chimique

Une transformation chimique est une transformation au cours de laquelle des espèces chimiques disparaissent et de nouvelles espèces chimiques apparaissent. Les substances présentes au départ sont les réactifs. Celles qui se forment sont les produits. Une espèce chimique est caractérisée notamment par sa formule : dioxygène O₂, eau H₂O, dioxyde de carbone CO₂, fer Fe. Lorsqu’un morceau de fer réagit avec le dioxygène de l’air et forme de la rouille, le fer et le dioxygène sont des réactifs ; la rouille est un produit. Les atomes ne disparaissent pas : ils se réorganisent pour former d’autres molécules ou d’autres assemblages d’atomes.

Tu peux souvent repérer une transformation chimique grâce à des observations : dégagement d’un gaz, apparition d’un précipité solide dans un liquide, changement de couleur durable, émission de lumière ou variation de température. Ces indices ne remplacent toutefois pas l’identification des espèces chimiques. Une flamme indique qu’une combustion est en cours, mais il faut encore nommer les substances consommées et formées. De même, une couleur qui change peut provenir d’un simple mélange coloré : observe les espèces présentes avant et après.

Ne confonds pas avec une transformation physique. Dans une transformation physique, les espèces chimiques restent les mêmes ; seul l’état, la forme, la répartition ou le volume peut changer. La glace qui fond devient de l’eau liquide : avant comme après, il s’agit de molécules H₂O. Le papier découpé reste du papier. Lors de la vaporisation de l’eau, les molécules d’eau s’éloignent les unes des autres, mais elles ne deviennent pas d’autres molécules. En revanche, quand du carbone brûle dans le dioxygène et produit du dioxyde de carbone, une nouvelle espèce CO₂ apparaît : c’est bien une transformation chimique.

Deux transformations à ne pas mélanger

Passer d’une observation à une équation

• 1. Décris les espèces au départ. Lis l’énoncé avec précision. Si du carbone brûle dans le dioxygène, les réactifs sont le carbone C et le dioxygène O₂. Une substance indispensable à la réaction, même si elle est apportée par l’air, doit être prise en compte.
• 2. Repère ce qui est formé. Si le test à l’eau de chaux devient trouble, ce résultat met en évidence du dioxyde de carbone. Si de la buée apparaît sur une paroi froide lors d’une combustion, cela peut montrer la présence d’eau, à condition que le protocole permette de l’attribuer à la combustion.
• 3. Écris l’équation non équilibrée. Place les réactifs à gauche de la flèche et les produits à droite. Utilise le signe + entre plusieurs espèces. Exemple : C + O₂ → CO₂. La flèche signifie « se transforment en » et non « est égal à ».
• 4. Compte les atomes de chaque élément. Dans O₂, il y a deux atomes d’oxygène. Dans CO₂, il y a un atome de carbone et deux atomes d’oxygène. Les nombres écrits en bas dans une formule, appelés indices, font partie de l’identité de l’espèce chimique.
• 5. Ajuste seulement les coefficients. Un coefficient est un nombre placé devant une formule. Il multiplie tous les atomes de cette formule. Par exemple, 2 H₂O représente quatre atomes d’hydrogène et deux atomes d’oxygène. Tu peux modifier un coefficient, jamais un indice : écrire H₂O₂ à la place de H₂O changerait l’eau en une autre espèce chimique.
• 6. Fais le contrôle final. Recompte chaque élément des deux côtés. L’équation est équilibrée seulement si chaque élément possède le même nombre d’atomes à gauche et à droite. Utilise ensuite les plus petits coefficients entiers possibles.

Règle de conservation à connaître

Équilibrer sans te perdre

Prends l’exemple de la combustion du méthane, de formule CH₄, dans le dioxygène. Les produits sont le dioxyde de carbone et l’eau. L’écriture de départ est : CH₄ + O₂ → CO₂ + H₂O. Compte calmement. À gauche, il y a un atome de carbone, quatre atomes d’hydrogène et deux atomes d’oxygène. À droite, le carbone est déjà équilibré avec CO₂, mais il n’y a que deux hydrogènes dans H₂O. Place donc le coefficient 2 devant H₂O : CH₄ + O₂ → CO₂ + 2 H₂O. Tu as maintenant quatre hydrogènes à droite. En revanche, il y a désormais quatre atomes d’oxygène à droite : deux dans CO₂ et deux dans 2 H₂O. Place le coefficient 2 devant O₂ : CH₄ + 2 O₂ → CO₂ + 2 H₂O. Le bilan est juste : un carbone, quatre hydrogènes et quatre oxygènes de chaque côté.

Commence de préférence par les éléments présents dans une seule formule de chaque côté. L’oxygène est souvent à ajuster à la fin dans les combustions, car il apparaît fréquemment dans plusieurs produits. Cette stratégie est une aide, pas une loi absolue : le seul critère final est le comptage exact des atomes. Si un coefficient fractionnaire apparaît pendant tes essais, tu peux parfois multiplier tous les coefficients par le même nombre pour obtenir des entiers, puis simplifier si possible. Au niveau attendu, vise directement des coefficients entiers simples.

Observe aussi la réaction entre le fer et le soufre : Fe + S → FeS. Il y a un atome de fer et un atome de soufre de chaque côté ; aucun coefficient n’est nécessaire. Une équation déjà équilibrée ne doit pas être compliquée. À l’inverse, pour la formation de l’eau à partir du dihydrogène et du dioxygène, H₂ + O₂ → H₂O n’est pas équilibrée : il y a deux oxygènes à gauche et un seul à droite. La bonne équation est 2 H₂ + O₂ → 2 H₂O. Vérifie : quatre hydrogènes et deux oxygènes de chaque côté. Ce contrôle est ta finale : il évite les points perdus par précipitation.

Indices et coefficients : ne touche pas au mauvais nombre