2 H₂ + O₂ → 2 H₂O n / coefficient
Seconde · Chapitre 12 · 10 exercices corrigés

Exercices — Transformations chimiques

Des tests caractéristiques jusqu'au réchaud de camping. Cherche d'abord seul : les corrections sont masquées et détaillent chaque étape.

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Méthode à retenir pour tous les exercices

Pour \(a\,\text{A} + b\,\text{B} \rightarrow \dots\) : le réactif limitant est celui pour lequel \(n_{\text{i}}/\text{coefficient}\) est le plus petit. Les quantités consommées et formées sont proportionnelles aux coefficients.

Rédige ta réponse avant d'ouvrir la correction, puis compare ta démarche étape par étape.

0Premiers pas : trois exercices guidés

Pour démarrer en douceur : chaque exercice est découpé en petites étapes. Si tu bloques sur les exercices suivants, reviens ici.

Premier pas 1 — Ajuster une équation Guidé☆

Ajuste : \(\ldots\,\text{H}_2 + \ldots\,\text{O}_2 \rightarrow \ldots\,\text{H}_2\text{O}\).

  1. Compte les atomes O de chaque côté : il en faut 2 à droite.
  2. Ajuste ensuite les atomes H.
Correction
Réponse
\(2\,\text{H}_2 + \text{O}_2 \rightarrow 2\,\text{H}_2\text{O}\).
Premier pas 2 — Trouver le réactif limitant Guidé☆

On mélange 3 mol de \(\text{H}_2\) et 1 mol de \(\text{O}_2\) (équation ci-dessus). Quel réactif est limitant ?

  1. Divise chaque quantité par son coefficient : \(\dfrac{3}{2}\) et \(\dfrac{1}{1}\).
  2. Le plus petit quotient désigne le réactif limitant.
Correction
Réponse
\(\dfrac{3}{2} = 1{,}5 > 1\) : le dioxygène est limitant.
Premier pas 3 — Exothermique ou endothermique ? Guidé☆

Lors d'une réaction dans un bécher, la température passe de 20 °C à 12 °C. Conclus.

  1. La température du milieu baisse : la transformation cède-t-elle ou reçoit-elle de l'énergie ?
Correction
Réponse
La transformation reçoit de l'énergie du milieu : elle est endothermique.
Exercice 1 — Physique ou chimique ? Connaissances★★★★★

Dire si chaque transformation est physique ou chimique. Justifier.

  1. Un glaçon fond.
  2. Une bougie brûle.
  3. Du sucre se dissout dans l'eau.
  4. Un clou rouille.
  5. Un comprimé effervescent fait des bulles dans l'eau.
Correction
Méthode
Transformation chimique : de nouvelles espèces apparaissent. Transformation physique : les espèces restent les mêmes (changement d'état, dissolution).
Réponses

1. Physique : l'eau reste de l'eau (fusion). 2. Chimique : la paraffine et le dioxygène forment du CO₂ et de l'eau. 3. Physique : les molécules de sucre restent intactes, dispersées dans l'eau. 4. Chimique : le fer forme un oxyde de fer (la rouille). 5. Chimique : un gaz nouveau (CO₂) se forme.

Erreur à éviter
Prendre la dissolution pour une transformation chimique parce que le sucre « disparaît » : il est toujours là (l'eau est sucrée), simplement dispersé.
Exercice 2 — Que produit une bougie ? Tests caractéristiques★★★★★

On recouvre une bougie allumée d'un bocal sec. De la buée apparaît sur la paroi, et elle bleuit du sulfate de cuivre anhydre. Après extinction, on verse de l'eau de chaux dans le bocal et on agite : elle se trouble.

  1. Identifier les deux produits de la combustion.
  2. Pourquoi la bougie finit-elle par s'éteindre ? Quel réactif a été entièrement consommé ?
  3. Le diazote de l'air est-il un réactif ?
Correction
Réponses

1. Le sulfate de cuivre anhydre bleuit : de l'eau s'est formée. L'eau de chaux se trouble : du dioxyde de carbone s'est formé.

2. Il reste de la bougie, mais plus assez de dioxygène dans le bocal : c'est lui le réactif limitant.

3. Non : il est présent dans le bocal mais ne réagit pas. C'est une espèce spectatrice.

Erreur à éviter
Dire que la bougie s'éteint « parce qu'il n'y a plus d'air » : l'air contient surtout du diazote, qui reste ; c'est le dioxygène qui manque.
Exercice 3 — Ajuster des équations Équation ajustée★★★★★

Ajuster les équations suivantes.

  1. \(\text{CO} + \text{O}_2 \rightarrow \text{CO}_2\)
  2. \(\text{N}_2 + \text{H}_2 \rightarrow \text{NH}_3\)
  3. \(\text{C}_2\text{H}_6\text{O} + \text{O}_2 \rightarrow \text{CO}_2 + \text{H}_2\text{O}\) (combustion de l'éthanol)
  4. \(\text{Ag}^{+} + \text{Cu} \rightarrow \text{Ag} + \text{Cu}^{2+}\)
Correction
Méthode
Ajuster d'abord les éléments qui n'apparaissent que dans une espèce de chaque côté (C, puis H), garder O pour la fin ; vérifier enfin les charges.
Réponses
\(2\,\text{CO} + \text{O}_2 \rightarrow 2\,\text{CO}_2\) \(\text{N}_2 + 3\,\text{H}_2 \rightarrow 2\,\text{NH}_3\) \(\text{C}_2\text{H}_6\text{O} + 3\,\text{O}_2 \rightarrow 2\,\text{CO}_2 + 3\,\text{H}_2\text{O}\) \(2\,\text{Ag}^{+} + \text{Cu} \rightarrow 2\,\text{Ag} + \text{Cu}^{2+}\)
Vérification
Éthanol : C : 2 = 2 ; H : 6 = 3 × 2 ; O : 1 + 3 × 2 = 7 = 2 × 2 + 3. Équation 4 : Ag : 2 = 2 ; Cu : 1 = 1 ; charges : \(2 \times (+1) = +2\).
Erreur à éviter
Pour l'équation 4, s'arrêter à \(\text{Ag}^{+} + \text{Cu} \rightarrow \text{Ag} + \text{Cu}^{2+}\) : les éléments sont conservés mais pas les charges (+1 à gauche, +2 à droite).
Exercice 4 — Lire une équation Stœchiométrie★★★★★

L'ammoniac, utilisé pour fabriquer des engrais, est synthétisé selon : \(\text{N}_2 + 3\,\text{H}_2 \rightarrow 2\,\text{NH}_3\).

  1. Traduire l'équation en phrase, à l'échelle des molécules.
  2. Quelle quantité de dihydrogène faut-il pour faire réagir entièrement 1,5 mol de diazote ? Quelle quantité d'ammoniac obtient-on ?
Question 1
Réponse
1 molécule de diazote réagit avec 3 molécules de dihydrogène pour former 2 molécules d'ammoniac.
Question 2
Raisonnement
Les quantités sont dans les proportions des coefficients : 1 : 3 : 2.
Calculs
\(n(\text{H}_2) = 3 \times 1{,}5 = 4{,}5\ \text{mol}\) \(n(\text{NH}_3) = 2 \times 1{,}5 = 3{,}0\ \text{mol}\)
Résultat
4,5 mol de H₂ ; 3,0 mol de NH₃ formées.
Erreur à éviter
Penser que « 1 + 3 = 4 mol de réactifs donnent 4 mol de produits » : la quantité de matière totale n'est pas conservée (ici 4 mol → 2 mol). Ce sont les atomes qui sont conservés.
Exercice 5 — Fer et soufre Réactif limitant★★★★★

On chauffe un mélange de 0,10 mol de fer et 0,080 mol de soufre. Il se forme du sulfure de fer : \(\text{Fe} + \text{S} \rightarrow \text{FeS}\).

  1. Déterminer le réactif limitant.
  2. Décrire l'état final.
Correction
Calculs
Fe : \(\dfrac{0{,}10}{1} = 0{,}10\) ; S : \(\dfrac{0{,}080}{1} = 0{,}080\)
Réponse 1
\(0{,}080 < 0{,}10\) : le soufre est limitant.
Calculs
Fe consommé : 0,080 mol ; Fe restant : \(0{,}10 - 0{,}080 = 0{,}02\ \text{mol}\) FeS formé : 0,080 mol
Réponse 2
État final : 0,080 mol de FeS, 0,02 mol de fer, 0 mol de soufre. Un aimant permettrait de récupérer le fer en excès.
Erreur à éviter
Écrire qu'il reste 0,10 mol de fer : il en a été consommé autant que de soufre (coefficients égaux).
Exercice 6 — La combustion du propane Réactif limitant · coefficients★★★★★

On fait brûler 0,50 mol de propane \(\text{C}_3\text{H}_8\) avec 2,0 mol de dioxygène.

  1. Écrire et ajuster l'équation de la combustion complète (produits : CO₂ et H₂O).
  2. Le dioxygène est quatre fois plus abondant que le propane. Est-il pour autant en excès ? Déterminer le réactif limitant.
  3. Décrire l'état final.
Question 1
Réponse
\(\text{C}_3\text{H}_8 + 5\,\text{O}_2 \rightarrow 3\,\text{CO}_2 + 4\,\text{H}_2\text{O}\)
Question 2
Calculs
C₃H₈ : \(\dfrac{0{,}50}{1} = 0{,}50\) ; O₂ : \(\dfrac{2{,}0}{5} = 0{,}40\)
Réponse
\(0{,}40 < 0{,}50\) : le dioxygène est limitant, bien qu'il soit plus abondant : il en faut 5 pour 1 propane.
Question 3
Calculs
C₃H₈ consommé : \(\dfrac{2{,}0}{5} = 0{,}40\ \text{mol}\) ; restant : \(0{,}10\ \text{mol}\) CO₂ formé : \(3 \times 0{,}40 = 1{,}2\ \text{mol}\) H₂O formée : \(4 \times 0{,}40 = 1{,}6\ \text{mol}\)
Résultat
0,10 mol de propane, 0 mol de O₂, 1,2 mol de CO₂, 1,6 mol d'eau.
Erreur à éviter
Conclure que le propane est limitant « parce qu'il y en a moins ». Il faut toujours diviser par les coefficients.
Exercice 7 — Le précipité bleu Réaction entre ions★★★★★

On mélange une solution contenant \(2{,}0\times10^{-3}\) mol d'ions cuivre \(\text{Cu}^{2+}\) (bleue) et une solution contenant \(3{,}0\times10^{-3}\) mol d'ions hydroxyde \(\text{HO}^{-}\). Un précipité bleu d'hydroxyde de cuivre \(\text{Cu(OH)}_2\) se forme.

  1. Écrire l'équation ajustée de la réaction. Vérifier la conservation des charges.
  2. Déterminer le réactif limitant et la quantité de précipité formé.
  3. Après filtration, le filtrat (le liquide) est-il bleu ou incolore ? Justifier.
Question 1
Réponse
\(\text{Cu}^{2+} + 2\,\text{HO}^{-} \rightarrow \text{Cu(OH)}_2\). Charges : \((+2) + 2 \times (-1) = 0\) à gauche, 0 à droite.
Question 2
Calculs
Cu²⁺ : \(\dfrac{2{,}0\times10^{-3}}{1} = 2{,}0\times10^{-3}\) HO⁻ : \(\dfrac{3{,}0\times10^{-3}}{2} = 1{,}5\times10^{-3}\)
Résultat
Les ions hydroxyde sont limitants. Précipité formé : \(1{,}5\times10^{-3}\ \text{mol}\) de Cu(OH)₂.
Question 3
Calculs
Cu²⁺ restant : \(2{,}0\times10^{-3} - 1{,}5\times10^{-3} = 0{,}5\times10^{-3}\ \text{mol}\)
Interprétation
Il reste des ions cuivre en solution : le filtrat est encore bleu. Ajouter un peu de solution d'ions hydroxyde dans le filtrat formerait à nouveau un précipité : c'est un bon test du réactif en excès.
Erreur à éviter
Oublier le coefficient 2 : on conclurait que Cu²⁺ est limitant (\(2{,}0 < 3{,}0\)), ce qui est faux.
Exercice 8 — La copie d'Adam Esprit critique★★★★★

Adam doit étudier la synthèse de l'eau avec 4,0 mol de H₂ et 3,0 mol de O₂. Il écrit :

« Équation : \(\text{H}_2 + \text{O}_2 \rightarrow \text{H}_2\text{O}_2\). Il y a moins de O₂ que de H₂, donc O₂ est limitant. Il se forme 3,0 mol de produit et il reste 1,0 mol de H₂. Au total, il y avait 7,0 mol au départ et il en reste 4,0 : de la matière a disparu. »
  1. Relever les erreurs d'Adam.
  2. Refaire l'étude correctement.
Question 1
Réponse

Erreur 1 : il a modifié la formule du produit (\(\text{H}_2\text{O}_2\) est l'eau oxygénée) au lieu d'ajuster avec des coefficients.

Erreur 2 : il a comparé les quantités sans tenir compte des coefficients.

Erreur 3 : la quantité de matière totale n'a pas à se conserver ; ce sont les atomes (donc la masse) qui se conservent. Aucune matière n'a disparu.

Question 2
Calculs
\(2\,\text{H}_2 + \text{O}_2 \rightarrow 2\,\text{H}_2\text{O}\) H₂ : \(\dfrac{4{,}0}{2} = 2{,}0\) ; O₂ : \(\dfrac{3{,}0}{1} = 3{,}0\) limitant : H₂ ; O₂ consommé : 2,0 mol ; restant : 1,0 mol eau formée : 4,0 mol
Résultat
H₂ limitant ; état final : 4,0 mol d'eau et 1,0 mol de O₂. Conclusion inverse de celle d'Adam.
Erreur à éviter
Vérifier une conservation qui n'existe pas (le nombre de moles) au lieu de celle qui existe (le nombre d'atomes de chaque élément).
Exercice 9 — La chaufferette Synthèse★★★★★

Une chaufferette pour les mains contient de la poudre de fer. À l'ouverture du sachet, le fer réagit lentement avec le dioxygène de l'air : \(4\,\text{Fe} + 3\,\text{O}_2 \rightarrow 2\,\text{Fe}_2\text{O}_3\). La chaufferette devient chaude pendant plusieurs heures.

  1. Vérifier que l'équation est ajustée. La transformation est-elle exothermique ou endothermique ?
  2. La chaufferette contient 0,30 mol de fer ; on suppose que 0,25 mol de dioxygène peut l'atteindre. Déterminer le réactif limitant et l'état final.
  3. Pourquoi la chaufferette, une fois refroidie, ne peut-elle pas être réutilisée ? Pourquoi est-elle vendue dans un emballage hermétique ?
Question 1
Réponse
Fe : 4 = 2 × 2 ; O : 3 × 2 = 6 = 2 × 3. Ajustée. La chaufferette chauffe : la transformation cède de l'énergie, elle est exothermique.
Question 2
Calculs
Fe : \(\dfrac{0{,}30}{4} = 0{,}075\) ; O₂ : \(\dfrac{0{,}25}{3} = 0{,}083\) limitant : Fe ; O₂ consommé : \(3 \times 0{,}075 = 0{,}225\ \text{mol}\) Fe₂O₃ formé : \(2 \times 0{,}075 = 0{,}15\ \text{mol}\)
Résultat
Le fer est limitant ; état final : 0,15 mol de Fe₂O₃, 0,025 mol de O₂ non utilisé, plus de fer.
Question 3
Interprétation
Tout le fer (réactif limitant) a été transformé en oxyde : il n'y a plus de réactif pour produire de l'énergie. L'emballage hermétique empêche le dioxygène de l'air d'atteindre le fer avant l'utilisation.
Erreur à éviter
Confondre cette chaufferette (transformation chimique, à usage unique) avec les chaufferettes « à bouton », qui utilisent la solidification d'un liquide (transformation physique, réversible en les chauffant au bain-marie).
Exercice 10 — Le réchaud de camping Problème · modélisation★★★★★

Une cartouche de réchaud contient 190 g de butane \(\text{C}_4\text{H}_{10}\). Sa combustion complète s'écrit : \(2\,\text{C}_4\text{H}_{10} + 13\,\text{O}_2 \rightarrow 8\,\text{CO}_2 + 10\,\text{H}_2\text{O}\).

Masse d'une mole (chapitre 8 : masse d'une entité × \(N_A\)) : butane 58,0 g ; dioxygène 32,0 g ; dioxyde de carbone 44,0 g ; eau 18,0 g.
  1. Vérifier que l'équation est ajustée.
  2. Calculer la quantité de matière de butane dans la cartouche.
  3. Quelle quantité de dioxygène faut-il pour la brûler entièrement ? Quelle masse cela représente-t-il ?
  4. Calculer la masse de CO₂ rejetée. Comment expliquer qu'elle soit trois fois plus grande que la masse de butane ?
  5. Vérifier la conservation de la masse.
Question 1
Vérification
C : 2 × 4 = 8 ; H : 2 × 10 = 20 = 10 × 2 ; O : 13 × 2 = 26 = 8 × 2 + 10. Ajustée.
Questions 2 et 3
Calculs
\(n(\text{C}_4\text{H}_{10}) = \dfrac{190}{58{,}0} = 3{,}28\ \text{mol}\) \(n(\text{O}_2) = \dfrac{13}{2} \times 3{,}28 = 21{,}3\ \text{mol}\) \(m(\text{O}_2) = 21{,}3 \times 32{,}0 = 681\ \text{g}\)
Résultat
3,28 mol de butane ; 21,3 mol (681 g) de dioxygène.
Question 4
Calculs
\(n(\text{CO}_2) = \dfrac{8}{2} \times 3{,}28 = 13{,}1\ \text{mol}\) \(m(\text{CO}_2) = 13{,}1 \times 44{,}0 = 577\ \text{g}\)
Interprétation
Le CO₂ contient le carbone du butane, mais aussi deux atomes d'oxygène par molécule, venus de l'air. Ces atomes d'oxygène, lourds, apportent l'essentiel de la masse : une cartouche de 190 g rejette près de 580 g de CO₂.
Question 5
Calculs
réactifs : \(190 + 681 = 871\ \text{g}\) \(m(\text{H}_2\text{O}) = 5 \times 3{,}28 \times 18{,}0 = 295\ \text{g}\) produits : \(577 + 295 = 872\ \text{g}\)
Interprétation
871 g ≈ 872 g (l'écart vient des arrondis) : la masse se conserve, car les atomes se conservent.
Erreur à éviter
Croire qu'une réaction ne peut pas produire plus de masse de produit que la masse d'un réactif : il faut compter tous les réactifs, y compris le dioxygène de l'air.
Cours
Transformations chimiques
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Vinaigre et bicarbonate
Mesurer la masse de CO₂ dégagé et repérer le changement de réactif limitant avec Python.