Module 2: Les réactions chimiques Chapitre 3:Les réactions de synthèse, de décomposition et de combustion.

Résultats d’apprentissages Je représente différents types de réactions sous forme d’équations équilibrées (C2.1;C2.5). Je présente des initiatives ou des procédés chimiques industriels visant à protéger la santé et l’environnement. (C3.1)

Terminologie Réaction chimique: Processus au cours duquel une (ou des ) substance(s) se transforme(nt) en une ou plusieurs substances différentes.   Réactifs Substances qui réagissent dans la réaction et qui subissent une transformation. Produits Substances obtenues au cours de la réaction.  Ce symbole indique le sens de la réaction ainsi que la séparation entre les réactifs et les produits. ⇌ Ce symbole indique que la réaction est réversible. + Ce symbole indique les composés qui entrent en jeu pendant la réaction chimique.

Terminologie   LES ÉQUATIONS CHIMIQUES : énoncé de ce qui se produit au cours d’une réaction chimique. Exemple: Fer + oxygène  oxyde de fer(III) 5 indices qu’une réaction chimique se produit: changement de couleur ou de température, la formation d’un gaz ou d’un précipité, l’émission d’une odeur, la production d’une réaction irréversible.

Équations nominatives et équations squelettes   Équation nominative : Équation chimique dans laquelle les réactifs et les produits d’une réaction sont identifiés par leur nom. Le sodium solide et le chlore gazeux réagissent pour donner du chlorure de sodium solide. Sodium+ chlore  chlorure de sodium Équation squelette : Équation chimique dans laquelle les réactifs et les produits sont identifiés par leurs formules chimiques. Na (s) + Cl2 (g)  NaCl (s) Où est passé l`autre chlore?

Équations nominatives et équations squelettes( suite) Exemple industriel: équation chimique pour le blanchissement au chlore utilisé dans la fabrication du papier blanc: Acide hypochloreux + acide chlorhydrique ⇌ chlore+ eau (équation nominative) (Réactifs) (produits) HOCl (aq) + HCl (aq) ⇌ Cl (g) + H2O (l) (équation squelette) Dans l’équation squelette, tu identifies généralement l’état physique de chaque substance par les symboles suivants: (s)  pour un composé à l’état solide; (l)  pour un composé à l’état liquide; (g)  pour un composé à l’état gazeux; (aq) pour un composé à l’état aqueux, c’est-à-dire dissous dans l’eau.

Pratiquons-nous Exercice : Écrire une équation squelette et pour chacune des réactions suivantes.(voir exemple p.115 du manuel) Du zinc à l’état solide réagit avec du chlore gazeux pour former du chlorure de zinc à l’état solide.   Du calcium à l’état solide et de l’eau à l’état liquide réagissent pour produire de l’hydroxyde de calcium à l’état solide et de l’hydrogène gazeux.

ÉquilibrER des réactions chimiques   Dans une équation chimique équilibrée, le coefficient est un nombre positif placé devant une formule chimique pour indiquer la quantité de particules (atomes, ions, molécules ou unités de formule) de cette substance dans la réaction. Les indices indiquent la quantité d’un même élément d’un ion, d’une molécule ou d’une unité de formule.

ÉquilibrER des réactions chimiques (suite)   Marche à suivre : (voir les pages 118 et 119 du manuel pour plus de détails).    Écrire l’équation squelette. Ensuite, compte les atomes de chaque élément dans les réactifs et les produits. Vérifie s’il y a des ions polyatomiques. Équilibrer les atomes les plus nombreux. Réservez H2 et O2 pour plus tard. Équilibrer les ions polyatomiques comme s’il s’agissait d’unités ioniques Équilibrer H2 et O2, qu’ils soient combinés ou non. Équilibrer tous les éléments non combinés à un autre élément. Écris les coefficient dans leur rapport le plus simple possible. Vérifier la réponse. Équation équilibrée: Équation chimique qui respecte la loi de la conservation de la masse. Loi de la conservation de la masse : la masse totale des produits est égale à la masse totale des réactifs. 2 Na (s) + Cl2 (g)  2 NaCl (s) http://phet.colorado.edu/fr/simulation/balancing-chemical-equations

Pratiquons-nous Équilibrer les équations suivantes : Le nitrate de cuivre (II) réagit avec l’hydroxyde de potassium pour former du nitrate de potassium et de l’hydroxyde de cuivre (II).   Quand on ajoute de l’eau à du tétrachlorure de silicium liquide, du dioxyde de silicium solide et du chlorure d’hydrogène gazeux sont produits.

Pratiquons-nous Un précipité de chlorure d’argent est produit lorsqu’on ajoute une solution aqueuse de chlorure de sodium à une solution aqueuse de nitrate d’argent. l’autre produit de la réaction, le nitrate de sodium, reste en solution dans l’eau.

Utilité des équations chimiques équilibrées dans l’industrie Les équations chimiques équilibrées sont utilisées dans la fabrication de médicaments, parfums, les additifs, les produits nettoyants, les carburants, les céramiques et les engrais. Les ingénieurs chimiques doivent s’assurer que les procédés industriels utilisent la bonne quantité de réactifs. Complète les exercices page 120 #11-20 et page 121 #7,11,12,13 et 14 ainsi que la feuille reproductible 3.2 pour le prochain cours.

Section 3.2: Les réactions de synthèse et de décomposition Résultats d’apprentissages: Je reconnais que le type de la réaction chimique dépend de la nature des réactifs. (C1.1) J’identifie les produits d’une réaction de synthèse et prédis la réaction de décomposition correspondante. (C1.2) Je représente différents types de réactions sous forme d’équations équilibrées. (C2.1;C2.5) Je prédis les produits de réaction de synthèse et de décomposition en équilibrant leurs équations chimiques et vérifier ses prédictions expérimentalement.(C2.2) Je connais des initiatives ou des procédés chimiques industriels visant à protéger la santé et l’environnement.( C3.1)

Correction du devoir FR 3.2 a) Ba(OH)2(aq) + H3(PO4)(aq) → H2O(ℓ) + Ba3(PO4)2(aq) Réactifs : 1 atome de Ba, 2 radicaux OH, 3 atomes de H et 1 radical PO4 Produits : 2 atomes de H, 1 atome de O, 3 atomes de Ba et 2 radicaux PO4 Ajoute les coefficients nécessaires pour équilibrer les atomes : 3 Ba(OH)2(aq) + 2H3(PO4)(aq) → 6 H2O(ℓ) + Ba3(PO4)2(aq) Compte les atomes : Réactifs : 3 atomes de Ba, 6 radicaux OH, 6 atomes de H et 2 radicaux PO4 Produits : 12 atomes de H, 6 atomes de O, 3 atomes de Ba et 2 radicaux PO4

Correction du devoir FR 3.2 b) CO2(g) + Al2O3(aq) → Al2(CO3)3(aq) Réactifs : 1 atome de C, 5 atomes de O et 2 atomes de Al Produits : 2 atomes de Al, 3 atomes de C et 9 atomes de O Ajoute les coefficients nécessaires pour équilibrer les atomes : 3CO2(g) + Al2O3(aq) → 1Al2(CO3)3(aq) Compte les atomes : Réactifs : 3 atomes de C, 9 atomes de O et 2 atomes de Al

Correction du devoir FR 3.2 c) PbCl2(aq) + AgNO3(aq) → AgCl(aq) + Pb(NO3)2(s) Réactifs : 1 atome de Pb, 2 atomes de Cl, 1 atome de Ag et 1 radical NO3 Produits : 1 atome de Ag, 1 atome de Cl, 1 atome de Pb et 2 radicaux NO3 Ajoute les coefficients nécessaires pour équilibrer les atomes : 1PbCl2(aq) + 2AgNO3(aq) → 2AgCl(aq) + Pb(NO3)2(s) Compte les atomes : Réactifs : 1 atome de Pb, 2 atomes de Cl, 2 atomes de Ag et 2 radicaux NO3 Produits : 2 atomes de Ag, 2 atomes de Cl, 1 atome de Pb et 2 radicaux NO3

Correction du devoir FR 3.2 d) MgCl2(aq) + Al(OH)3(aq) → Mg(OH)2(s) + AlCl3(aq) Réactifs : 1 atome de Mg, 2 atomes de Cl, 1 atome de Al et 3 radicaux OH Produits : 1 atome de Mg, 2 radicaux OH, 1 atome de Al et 3 atomes de Cl Ajoute les coefficients nécessaires pour équilibrer les atomes : 3MgCl2(aq) + 2Al(OH)3(aq) → 3Mg(OH)2(s) + 2AlCl3(aq) Compte les atomes : Réactifs : 3 atomes de Mg, 6 atomes de Cl, 2 atomes de Al et 6 radicaux OH Produits : 3 atomes de Mg, 6 radicaux OH, 2 atomes de Al et 6 atomes de Cl

Correction du devoir FR 3.2 e) (NH4)2Cr2O7(s) → N2(g) + H2O(g) + Cr2O3(s) Réactifs : 2 radicaux NH4, 2 atomes de Cr et 7 atomes de O Produits : 2 atomes de N, 2 atomes de H, 4 atomes de O et 2 atomes de Cr Ajoute les coefficients nécessaires pour équilibrer les atomes : (NH4)2Cr2O7(s) → N2(g) + 4H2O(g) + Cr2O3(s) Compte les atomes : Produits : 2 atomes de N, 8 atomes de H, 7 atomes de O et 2 atomes de Cr

Correction du devoir FR 3.2 2. a) MgSO4(aq) + Zn(s) → Zn (SO4)(aq) + Mg(s) b) 2KF (aq) + Cl2(g) → 2KCl(aq) + F2(g) c) F2(g) + 2NaCl(aq) → Cl2(g) + 2NaF(aq) d) Ca(OH)2(aq) + 2HCl(aq) → CaCl2(aq) + 2H2O(l) e) (NH4)2SO4(aq) + 2KOH(aq) → 2NH3(g) + 2H2O(l) + K2SO4(aq)

Section 3.2: Les réactions de synthèse et de décomposition (suite) Classification des réactions chimiques :   Les réactions de synthèse Les réactions de décomposition Les réactions de combustion Les réactions de déplacement simple Les réactions de déplacement double

Section 3.2: Les réactions de synthèse et de décomposition (suite)   Définition : Réaction qui a lieu lorsqu’au moins deux substances simples se combinent pour former une substance plus complexe. Exemples : C (s) + O2 (g)  CO2 (g) 2 Na (s) + Cl2 (g)  2 NaCl (s)

Section 3.2: Les réactions de synthèse et de décomposition (suite) Exemples liés au centrales au charbon et pétrole et à la formation des précipitations acides: S (s) + O2(g)  SO2 (g) 2SO2 (g) + O2(g)  2SO3 (g) SO3 (g) + H20 (l)  H2SO4 (aq)

Types de réactions de synthèse Il existe trois types de réactions de synthèse : La synthèse d’un composé binaire La synthèse d’un composé à partir d’un élément et d’un autre composé La synthèse d’un composé à partir de deux composés.

Types de réactions de synthèse (suite) La synthèse d’un composé binaire Définitions: Un métal est univalent si ses ions ont toujours la même charge. Un métal est à valences multiples s’il peut formés des ions qui ont des charges différentes. Un métal univalent et un non-métal forment un composé ionique.(Grand différence d’électronégativité) Ex. 2 Na (s) + Cl2 (g)  2 NaCl (s)

Types de réactions de synthèse (suite) La synthèse d’un composé binaire (suite) (page 125) Un métal à valences multiples et un non-métal forment différents composés. Ex. La formation du chlorure de cuivre (I) cuivre + chlore chlorure de cuivre (I) 2 Cu (s) + Cl2 (g)  2 CuCl (s) La formation du chlorure de cuivre (II) cuivre + chlore chlorure de cuivre (II) Cu (s) + Cl2 (g)  CuCl2 (s) Voir fig. 3.10 page 125 du manuel et voir exemple à la page 126 du manuel afin de prédire les produits de réaction de synthèse.

Types de réactions de synthèse (suite) La synthèse d’un composé binaire (suite) (page 125) Deux non-métaux forment un composé moléculaire. (Petite différence d’électronégativité entre les 2 non-métaux) Ex. La formation du dioxyde de carbone C (s) + O2 (g)  CO2 (g) La formation du monoxyde de carbone 2C (s) + O2 (g)  2CO (g) Tu ne peux pas prédire le composé qui se formera si tu ne connais que les réactifs. D’abord parce qu'il n’y a pas d’ions formés et que les non-métaux peuvent se combiner selon plusieurs rapports différents (voir exemples ci-dessus). Tu as besoin d’analyser le produit formé expérimentalement.

Pratiquons-nous Exercices page 127 #21(pratique guidée) Le lithium et l’oxygène: Rappel: Les composés ioniques sont des solides cristallins (sous forme de sels) à la température de la pièce.

Pratiquons-nous (Corrigé) Exercices page 127 #21(pratique guidée) Le lithium et l’oxygène: 4 Li (s) +O2 (g) 2 LiO2 (s) Rappel: Les composés ioniques sont des solides cristallins (sous forme de sels) à la température de la pièce.

PratiquE-toi Pratique autonome: page 127 #22-30 Tu peux consulter la page 27 pour t’aider.

Types de réactions de synthèse (suite) Un élément et un composé forment un nouveau composé (page 127) Ex. La formation du trioxyde de soufre Dioxyde de soufre + oxygène  trioxyde de soufre 2SO2 (g) + O2(g)  2SO3 (g) Note: Une molécule diatomique=élément moléculaire. Ce n’est pas un composé (ex. O2, Cl2) La formation du pentachlorure de phosphore trichlorure de phosphore +chlore ⇌ pentachlorure de phosphore PCl3 (l) + Cl2 (g) ⇌ PCl5 (s) PCl5 (utile en industrie pour la fabrication des piles de lithium et des produits ignifuges)

Types de réactions de synthèse (suite) Deux composés forment un nouveau composé (page 128) Définition: Oxyde: composé formé d’oxygène et d’un autre élément. 1. Réaction d’un oxyde non métallique avec l’eau forme un acide. Ex. trioxyde de soufre + eau  acide sulfurique SO3 (g) + H2O (l)  H2SO4 (aq) Dioxyde de carbone +eau  acide carbonique CO2 (g) + H2O (l) H2CO3 (aq) Fig.3.2 page128

Types de réactions de synthèse (suite) Deux composés forment un nouveau composé (page 128) (suite) Définition: 2.Réaction d’un oxyde métallique avec l’eau forme un hydroxyde métallique(une base). Ex. oxyde de sodium+ eau  hydroxyde de sodium Na2O (s) + H2O (l)  2 NaOH (aq) Hydroxyde de sodium sert dans la production de savon et de détergents.

réactions de Décomposition Définition : Réaction au cours de laquelle une substance complexe se divise pour former deux ou plusieurs substances plus simples. C’est l’inverse d’une réaction de synthèse. Une réaction de décomposition qui a lieu sous l’effet de la chaleur est appelée réaction de décomposition thermique. Ex. La décomposition de l’azoture de sodium dans les sacs gonflables. (page 130 fig.3.14) 2 NaN3  2 Na(s)+ 3N2 (g) AB  A + B

réactions de Décomposition  Les types de réactions de décomposition: La décomposition d’un composé binaire en ses éléments. La décomposition d’un nitrate métallique en nitrite métallique et en oxygène gazeux. La décomposition d’un carbonate métallique en oxyde métallique et en dioxyde de carbone. La décomposition d'un hydroxyde métallique en oxyde métallique et en eau.

réactions de Décomposition  Les types de réactions de décomposition (page 131): 1-La décomposition d’un composé binaire en ses éléments. Ex. Électrolyse de l’eau. Application industrielle: production d’hydrogène gazeux comme carburant.

réactions de Décomposition(suite) Les types de réactions de décomposition: 2.La décomposition d’un nitrate métallique en nitrite métallique et en oxygène gazeux. Un composé formé de plus de 2 éléments ne se décompose pas en tous ses éléments sauf dans de rares cas. Exemple: Nitrate de sodium  nitrite de sodium +oxygène 2 NaNO3(s)  2 NaNO2 (s) +O2(g) Réponds aux questions: page 132 # 13,15,16,17 et 18

réactions de Décomposition  Les types de réactions de décomposition: 3. La décomposition d’un carbonate métallique en oxyde métallique et en dioxyde de carbone (page 132). Ex. Carbonate de calcium  oxyde de calcium (chaux)+ dioxyde de carbone CaCO3 (s)  CaO (s) + CO2 (g) Production de ciment: Mélange de ciment avec de l’eau, du sable et du gravier. La chaux est une composante clé du ciment. Quand le béton sèche la chaux vive réagit et forme des composés qui lient le mélange.

réactions de Décomposition Les types de réactions de décomposition: 4. La décomposition d'un hydroxyde métallique en oxyde métallique et en eau. Exemple: Hydroxyde de calcium  oxyde de calcium + eau Voir exemple de problème: Prédire les produits de décomposition page 134. Réponds aux questions page 134 #31-40.

réactions de Décomposition  Réactions de décomposition qui forment plus que 2 produits (page 135): Exemple (explosion-démolition) Trinitrotoluène (TNT) azote + eau + monoxyde de carbone + carbone 2 C7H5N3O6(s) 3N2(g) + 5H2O(g) + 7CO(g) + 7C(s) Réponds aux questions de la page 136 #1,3,4,5,6,7,8,9,10,11,13,14 et 15

Devoir Page 127 #22-30 (Tu peux consulter la page 27 pour t’aider). Page 132 # 13,15,16,17 et 18 Page 134 #31-40 Page 136 #1,3,4,5,6,7,8,9,10,11,13,14 et 15

3.3 réactions de Combustion Résultats d’apprentissages: Je reconnais que le type de la réaction chimique dépend de la nature des réactifs. (C1.1) J’identifie les produits d’une réaction de synthèse et prédis la réaction de décomposition correspondante. (C1.2) Je représente différents types de réactions sous forme d’équations équilibrées. (C2.1;C2.5) Je prédis les produits de réaction de synthèse et de décomposition en équilibrant leurs équations chimiques et vérifier ses prédictions expérimentalement.(C2.2) Je distingue les réactions de combustion complète et incomplète et préciser les conditions de leur production.(C 1.5) Je connais des initiatives ou des procédés chimiques industriels visant à protéger la santé et l’environnement.(C3.1) J’évalue l’impact sur l’environnement de substances chimiques utilisées dans des produits d’usage courant (p. ex., métal lourd, alliage, fertilisant, pesticide, produit nettoyant). (B3.2 )

3.3 réactions de Combustion Définition: Combustion: Réaction d`une substance avec de l`oxygène qui produit un ou plusieurs oxydes, de la chaleur et de la lumière; synonyme de l`action de brûler. Hydrocarbure: composé dont les seuls éléments sont le carbone et l’hydrogène.

3.3 réactions de Combustion Les réactions de combustion des hydrocarbures (page 137) Il y en a deux types : complète et incomplète. Une réaction de combustion complète est une réaction entre un composé ou un élément et de l`oxygène(O2) .Elle entraine la formation des oxydes les plus courants des éléments présents dans le composé. Ex. méthane + oxygène dioxyde de carbone +eau CH4 (g) + 2 O2 (g)  CO2 (g) + 2 H2O (g) (combustion complète)

3.3 réactions de Combustion Les réactions de combustion des hydrocarbures (page 137) Il y en a deux types : complète et incomplète. Il doit y avoir suffisamment d’oxygène pour que la combustion d’un hydrocarbure soit complète. Sinon reaction incomplète. Formule générale de la combustion complète d’un hydrocarbure: CxHy (g) + O2 (g)  CO2 (g) + H2O (g) Les hydrocarbures sont des combustibles.(voir tableau 3.4 page 138) Exemple de réaction complète: flamme bleue du bec bunsen (produit plus de chaleur et peu de lumière) Réaction incomplète: flamme jaune (manque d’oxygène)

3.3 réactions de Combustion La combustion incomplète des hydrocarbures (page 139).Ce produit s’il n’y a pas assez d’oxygène. Exemple:combustion incomplète du propane: Propane+oxygène carbone+monoxyde de carbone +dioxyde de carbone+eau. 2C3H8 (g) + 7O2 (g)  2C(s) + 2CO (g) + 2CO2 (g) + 8H2O (g) Les produits carbonés de la combustion incomplète du propane peuvent varier. Le monoxide de carbone est toxique, incolore et inodore. Voir exemple d’équation chimique équilibrée d’une réaction de combustion complète et incomplète (page 140 et 141)

3.3 réactions de Combustion Les réactions de combustion avec d’autres substances (page 142). Exemple: L’hydrogène est utilisé comme carburant dans les navettes spatiales. 2H2 (g) +O2(g)  2 H2O(g) Les réactions de combustion complètes avec d’autres substances que les hydrocarbures sont souvent aussi des réactions de synthèse.

3.3 réactions de Combustion Les réactions de combustion et les processus biologiques (page 142). Exemple: Respiration cellulaire Glucose + oxygène  dioxyde de carbone + eau C6H12O6(s) + 6O2 (g)  6CO2 (g) + 6H2O (g) L’énergie libérée lors de cette réaction chimique sert d’une part à entretenir ton métabolisme et d’autre part est libérée sous forme de chaleur.

Billet DE Sortie POE: Prédis, observe et explique. On brûle un ruban de magnésium. Quelle réaction va-t-il se produire? Explique pourquoi. Écris l’équation chimique équilibrée de cette réaction. http://www.teachertube.com/video/combustion-of-magnesium-62738 Réaction plus complexe: http://ocw.mit.edu/high-school/chemistry/demonstrations/videos/death-of-a-gummy-bear/

Pratique-toi Réponds aux questions suivantes pour le prochain cours: Page 140 #19-23 Page 141 # 41-50 Page 143 # 25-30 Lire la page 144 de la section Curiosités scientifiques et réponds aux questions 1-3 dans un document Word. Partage ton document avec moi sur abergeron@mon-avenir.ca.