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BA CHG - 01169_B_F - Rév. 3 13/07/2005
I - ÉTUDE EXPÉRIMENTALE D’UNE RÉACTION CHIMIQUE : LA SYNTHÈSE DE L’EAU........ 1
II - INTERPRÉTATION DE LA RÉACTION CHIMIQUE À L’ÉCHELLE MOLÉCULAIRE ............... 2
III - REPRÉSENTATION D’UNE RÉACTION CHIMIQUE PAR UNE ÉQUATION .......................... 3
1 - Écriture de l’équation chimique ..................................................................................................... 3
2 - Équilibrage d’une réaction chimique ............................................................................................. 4
IV - UTILISATION DE L’ÉQUATION CHIMIQUE............................................................................. 6
1 - Exemple de la combustion du propane......................................................................................... 6
2 - Pouvoir comburivore ..................................................................................................................... 7
V - CARACTÉRISTIQUES D’UNE RÉACTION CHIMIQUE............................................................ 8
1 - Chaleur de réaction....................................................................................................................... 8
2 - Pouvoir calorifique......................................................................................................................... 9
3 - Variation du nombre de moles entre réactifs et produits ............................................................ 12
4 - Amorçage de la réaction chimique : énergie d’activation............................................................ 13
5 - Liaisons entre ces caractéristiques et la prévision du comportement
d’une réaction chimique .............................................................................................................. 14
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ÉLÉMENTS DE CHIMIE - PRODUITS
RÉACTIONS CHIMIQUES
Connaissance et Maîtrise des Phénomènes Physiques et Chimiques
 2005 ENSPM Formation Industrie - IFP Training
Ce document comporte 15 pages
Ingénieurs en
Sécurité Industrielle

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1
Sous l’influence de facteurs divers tels que la chaleur, la pression, etc. la matière peut subir des
transformations mettant en jeu des modifications plus ou moins profondes des espèces chimiques qui la
compose. Dans ces transformations on observe la rupture de liaisons existant entre certains atomes et la
formation de nouvelles liaisons. Ces transformations sont appelées des réactions chimiques.
I - ÉTUDE EXPÉRIMENTALE D’UNE RÉACTION CHIMIQUE : LA SYNTHÈSE DE L’EAU
Cette réaction peut être réalisée dans un eudiomètre. C’est un tube gradué, en verre épais, traversé à sa
partie supérieure par deux fils métalliques soudés dans le verre. On peut faire jaillir une étincelle électrique
entre les extrémités de ces deux fils, à l’intérieur du tube. L’eudiomètre est rempli de mercure et retourné sur
une cuve contenant également du mercure. On introduit alors 20 cm3 d’oxygène pur et 20 cm3 d’hydrogène.
Le mélange gazeux ne réagit pas spontanément. Si l’on fait jaillir une étincelle électrique il se produit une
détonation et le mercure, d’abord refoulé, remonte rapidement dans le tube. On constate que le niveau de
mercure se stabilise et qu’il ne reste plus que 10 cm3 de gaz ; de la buée s’est également déposée sur la
paroi interne de l’eudiomètre : elle provient de la condensation de la vapeur d’eau qui s’est formée lors de la
réaction. On met facilement en évidence que le gaz restant qui n’a pas réagi est de l’oxygène pur.
10
20
30
40
50
10
20
30
40
50
Buée
Mélange
20 cm3 Oxygène
+ 20 cm3 Hydrogène
10 cm3
Oxygène
Réaction
chimique
État initial État final
D CH 1012 A
Ainsi, 20 cm3 d’hydrogène et 10 cm3 d’oxygène ont disparu et il s’est formé de l’eau. On peut en conclure
que : “l’hydrogène et l’oxygène réagissent dans la proportion de deux volumes d'hydrogène et d’un
volume d’oxygène pour former de l’eau”.
Par contre, il est très difficile de déterminer avec précision la masse d’eau formée. En effet, on a fait réagir
que de très faibles quantités de gaz et les quelques milligrammes d’eau formée n’ont fourni qu’un peu de
buée sur les parois.
L’interprétation de l’expérience au niveau moléculaire va permettre de déterminer les quantités de matière
mises en jeu dans la réaction sans pour cela réaliser des mesures physiques délicates.
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II - INTERPRÉTATION DE LA RÉACTION CHIMIQUE À L’ÉCHELLE MOLÉCULAIRE
On sait que des volumes égaux de gaz pris dans les mêmes conditions de température et de pression sont
constitués du même nombre de molécules. Ainsi, le mélange gazeux initial de l’expérience précédente
contient autant de molécules d’hydrogène que d’oxygène. Une fraction infinitésimale de ce mélange de
réactifs peut être représentée à l'échelle moléculaire comme ci-dessous :
OH
H
H
H
H
H
H H
O
O
O
O
O
O
O
4 molécules
d'oxygène
4 molécules
d'hydrogène
D CH 284 B
Après réaction chimique, les molécules d’hydrogène ont complètement disparu ; il subsiste des molécules
d’oxygène et les molécules d’eau qui se sont formées :
O
O
HHH
H
H
H
H
H
O
H
H
H
H
H
H
HHO
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
O
ÉTAT INITIAL ÉTAT FINAL
— RÉACTIFS —
Molécules d'hydrogène et
d'oxygène
— PRODUITS —
Molécules d'eau
D CH 285 B
REACTION
À l’échelle moléculaire, tout se passe comme si il y avait eu rupture de liaisons oxygène-oxygène et
hydrogène-hydrogène dans les molécules de réactifs puis recombinaison d’atomes d’oxygène et d’hydrogène
ainsi libérés pour former les liaisons oxygène-hydrogène caractéristiques de la molécule d’eau.
Il est bien évident que dans cette opération le nombre total d’atomes n’a pas changé. Ces atomes se sont
simplement liés d’une manière différente. On dit que dans une réaction chimique il y a conservation du
nombre des atomes de chaque espèce.
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La masse des atomes étant invariable, cela implique qu’étant présents en nombre identique dans l’état initial
et dans l’état final, il y a conservation de la masse lors d’une réaction chimique. Ce principe a été énoncé
par LAVOISIER et constitue le point de départ de toute la chimie moderne. Ainsi, la masse d’eau obtenue
lors de la réaction présentée est égale à la somme des masses d’oxygène et d’hydrogène qui ont réagi.
En revenant à l’expérience précédente, si les volumes gazeux sont repérés dans des conditions telles que le
volume molaire vaut 22,4 litres :
la masse de 10 cm3 d’oxygène est de : 10
22400 x 32 g = 0,0143 g
la masse de 20 cm3 d’hydrogène est de : 20
22400 x 2 g = 0,0018 g
La masse d’eau formée est donc :
0,0143 g + 0,0018 g = 0,0161 g
III - REPRÉSENTATION D’UNE RÉACTION CHIMIQUE PAR UNE ÉQUATION
1 - ÉCRITURE DE L’ÉQUATION CHIMIQUE
On a montré précédemment que 4 molécules d’hydrogène réagissent avec 2 molécules d’oxygène
pour donner 4 molécules d’eau.
En constatant qu’il faut 2 molécules d’hydrogène et 1 molécule d’oxygène pour obtenir 2 molécules
d’eau, on peut dire plus généralement que :
2 N molécules d’hydrogène
réagissent avec
N molécules d’oxygène
pour donner 2 N molécules d’eau
Or la valeur donnée à N est celle du nombre d’AVOGADRO (N = 6,02 1023) cela signifie que :
2 moles d’hydrogène réagissent
avec
1 mole d’oxygène pour donner 2 moles d’eau
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C’est ce que traduit conventionnellement l’équation de la réaction chimique qui s’écrit :
2 H2+O
2→2 H2O
Signification
en moles 2 moles
d’hydrogène +1 mole d’oxygène →2 moles d’eau
en masse 2 x (2 x 1 g) (2 x 16 ) 2 (2 x 1 g + 16 g)
+→
4 g
d’hydrogène 32 g d’oxygène 36 g d’eau
36 g de réactifs 36 g de produits
L’équation de la réaction chimique doit vérifier bien entendu la conversion de la masse entre réactifs
et produits. Pour cela il doit y avoir dans chaque membre de l’équation le même nombre d’atomes de
chaque espèce. On dit qu’une équation chimique doit être ÉQUILIBRÉE.
2 - ÉQUILIBRAGE D’UNE RÉACTION CHIMIQUE
Il est évident qu’une équation chimique reste équilibrée si on multiplie ou si on divise tous les
coefficients de l’équation par un même nombre, ainsi les 2 équations :
2 H2 + O2 → 2 H2O
et H2 + 1
2 O2 → H2O
sont équivalentes.
Pour équilibrer l’équation d’une réaction chimique, il faut chercher les coefficients à affecter aux
réactifs et aux produits pour respecter la conservation de la masse.
Ainsi le méthane (CH4) brûle dans l’oxygène (O2) pour donner du gaz carbonique (CO2) et de l’eau
(H2O). On écrit l’équation :
CH4 + O2 → CO2 + H2O
Cette équation n’est pas équilibrée. Pour s’en rendre compte, il est nécessaire de procéder à la
comptabilisation du nombre de moles d’atomes de chaque espèce apportées par les réactifs et se
trouvant combinées dans les produits.
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