Chapitre 11 – Transformations chimiques

3e prépa-métiers | Physique-Chimie | La matière et ses transformations

Dernière mise à jour : 21 octobre 2026

Avant de commencer, tu dois savoir…

Lire une formule chimique : dans CO₂, il y a 1 atome de carbone et 2 atomes d'oxygène (chapitre 4).
Reconnaître les modèles moléculaires : H blanc, C noir, O rouge (chapitre 4).
Une solution acide contient beaucoup d'ions H⁺ (chapitre 5).
Reconnaître le pictogramme corrosif et porter lunettes et blouse (chapitres 1 et 5).

Objectifs du chapitre :

C1 – Distinguer une transformation chimique d'une transformation physique.
C2 – Identifier les réactifs et les produits d'une transformation ; utiliser un test caractéristique fourni pour identifier un produit.
C3 – Décrire une combustion (réactifs : combustible et dioxygène ; produits : CO₂ et eau) et ses dangers (monoxyde de carbone, effet de serre).
C4 – Interpréter une transformation chimique comme une redistribution des atomes et utiliser la conservation de la masse.
C5 – Lire une équation de réaction fournie et vérifier qu'elle conserve les atomes.

1. Situation d'entrée — La bougie sous le verre

Situation — Une flamme qui s'éteint toute seule

Pendant une panne de courant, Inès allume une bougie. Son petit frère pose un verre retourné sur la bougie.

Après quelques secondes, la flamme s'éteint. Et l'intérieur du verre est couvert de buée.

Question 1 : pourquoi la flamme s'éteint-elle ?
Question 2 : d'où vient la buée ? Qu'est-ce qui s'est formé d'autre ?

Les réponses sont à la fin de la section 4.

2. Transformation physique ou transformation chimique ? (C1)

Définition Une espèce chimique, c'est une matière précise : l'eau, le sucre, le fer, le dioxyde de carbone…

Dans une transformation physique, la matière change d'aspect, mais aucune nouvelle espèce n'apparaît. Exemples : la glace qui fond (changement d'état), le sucre qui se dissout dans l'eau (dissolution), le sable mélangé au ciment (mélange).
Dans une transformation chimique, des espèces disparaissent et de nouvelles espèces apparaissent. Exemples : le bois qui brûle, le fer qui rouille, un gâteau qui cuit.

En haut, deux transformations physiques : aucune nouvelle espèce. En bas, deux transformations chimiques : de nouvelles espèces apparaissent.

Avec les modèles du chapitre 4, on voit la différence à l'échelle des molécules. Quand la glace fond, les molécules d'eau restent des molécules d'eau : elles bougent seulement plus.

Transformation physique : les molécules restent les mêmes, seule leur disposition change.

À savoir Des indices montrent souvent une transformation chimique :

un gaz se dégage (des bulles), alors qu'on ne chauffe pas ;
la couleur change ;
un nouveau solide apparaît (rouille, cendres) ;
il y a une flamme, ou ça chauffe tout seul.

Ce ne sont que des indices : la vraie question est « y a-t-il une nouvelle espèce ? ».

Méthode Physique ou chimique ?

Je regarde la matière avant et après.

Je me demande : est-ce que c'est la même matière, sous une autre forme ? (solide → liquide, dissoute, mélangée) → transformation physique.

Est-ce qu'une nouvelle matière est apparue ? → transformation chimique.

Exemple : Inès fait cuire un œuf, puis met du sel dans l'eau des pâtes.

L'œuf cru est liquide et transparent ; cuit, il est solide et blanc. On ne peut pas revenir en arrière : une nouvelle matière est apparue. Transformation chimique.

Le sel disparaît dans l'eau, mais l'eau devient salée : le sel est toujours là. C'est une dissolution : transformation physique.

Attention L'eau qui bout fait des bulles. Mais ces bulles, c'est de la vapeur d'eau : c'est toujours de l'eau. L'ébullition est une transformation physique.

À toi (C1)

Écris « physique » ou « chimique » pour chaque transformation.
a) Le beurre fond dans la poêle. b) Le gaz brûle dans la gazinière. c) Le café en poudre se dissout dans l'eau.
d) Le portail en fer rouille. e) L'eau du linge sèche au soleil. f) Le pain grille et noircit.

a) Le beurre passe de solide à liquide : physique.
b) Le gaz disparaît, du CO₂ et de l'eau apparaissent : chimique.
c) Dissolution, le café est toujours là : physique.
d) La rouille est une nouvelle espèce : chimique.
e) L'eau liquide devient vapeur d'eau : physique.
f) Le noir est une nouvelle matière (du carbone) : chimique.

3. Réactifs, produits et tests caractéristiques (C2)

Définition

Les réactifs sont les espèces qui disparaissent pendant la transformation (elles sont consommées).
Les produits sont les espèces qui apparaissent (elles sont formées).

On écrit le bilan avec une flèche, qui se lit « donnent » :

réactifs → produits

Exemple : le charbon de bois brûle dans un barbecue. Le charbon (du carbone) et le dioxygène de l'air disparaissent. Du dioxyde de carbone apparaît.

Réactifs : carbone et dioxygène.

Produit : dioxyde de carbone.

Bilan : carbone + dioxygène → dioxyde de carbone.

Beaucoup de gaz sont invisibles. Pour savoir quel produit s'est formé, on fait un test caractéristique : une petite expérience qui donne un résultat visible pour une seule espèce.

Les quatre tests caractéristiques à connaître. Un test positif identifie une seule espèce.

Espèce cherchée	Ce que je fais	Le test est positif si…
dioxyde de carbone CO₂	je fais passer le gaz dans de l'eau de chaux	l'eau de chaux devient trouble (blanche)
eau H₂O	je mets une goutte sur du sulfate de cuivre anhydre (poudre blanche)	la poudre devient bleue
dihydrogène H₂	j'approche une allumette enflammée de l'ouverture du tube	on entend une petite détonation (« pop »)
dioxygène O₂	je plonge une bûchette incandescente (bout rouge, sans flamme)	la bûchette se rallume

Méthode Identifier un produit avec un test

Je lis le résultat observé (trouble, bleu, pop, se rallume).

Je cherche ce résultat dans la banque de tests (le tableau).

J'écris : « le test est positif, donc il s'est formé du … ».

Exemple : on met un comprimé effervescent dans de l'eau. Des bulles se forment. On fait passer ce gaz dans de l'eau de chaux : elle devient trouble.

Résultat : l'eau de chaux se trouble.

Dans la banque, ce résultat correspond au dioxyde de carbone.

Le gaz du comprimé est du CO₂. Comme une nouvelle espèce apparaît, c'est une transformation chimique.

Attention Chaque test sert pour une seule espèce. L'eau de chaux ne dit rien sur l'eau ; le sulfate de cuivre ne dit rien sur le CO₂. Et un test se fait toujours avec lunettes et blouse.

À toi (C2)

Au laboratoire, on obtient un gaz. On approche une allumette enflammée de l'ouverture du tube : on entend un petit « pop ».
Quel est ce gaz ?

Une petite détonation avec l'allumette : dans la banque de tests, c'est le dihydrogène (H₂).

À toi (C2)

Quand on chauffe du sucre très fort, il noircit. Des gouttes apparaissent sur la paroi du tube : elles rendent bleu le sulfate de cuivre anhydre. Il reste un solide noir : du carbone.
a) Quel est le réactif ? b) Quels sont les produits ?

a) Le sucre disparaît : le réactif est le sucre.
b) Le sulfate de cuivre bleuit : il s'est formé de l'eau. Il reste aussi du carbone. Les produits sont l'eau et le carbone.

4. Les combustions (C3)

Définition Une combustion est une transformation chimique entre :

un combustible : ce qui brûle (bois, charbon, gaz, essence, cire de bougie) ;
le dioxygène de l'air : c'est le comburant, sans lui le feu s'éteint.

Une combustion produit de la chaleur et souvent de la lumière (la flamme).

Deux combustions à connaître

Combustion du carbone (charbon de bois, barbecue) :
carbone + dioxygène → dioxyde de carbone
Combustion du méthane (le gaz naturel de la gazinière et de la chaudière) :
méthane + dioxygène → dioxyde de carbone + eau

Les combustibles qui contiennent du carbone et de l'hydrogène (gaz, essence, cire, bois) donnent du CO₂ et de l'eau.

On peut le vérifier avec une bougie et les tests caractéristiques :

La combustion de la cire d'une bougie produit de l'eau (le sulfate de cuivre bleuit) et du dioxyde de carbone (l'eau de chaux se trouble).

Méthode Écrire le bilan d'une combustion

Réactifs : le combustible + le dioxygène.

Produits : dioxyde de carbone + eau (pas d'eau si le combustible est du carbone pur, comme le charbon).

J'écris : combustible + dioxygène → dioxyde de carbone + eau.

Exemple : un chauffe-eau au gaz brûle du méthane.

Réactifs : méthane et dioxygène.

Produits : dioxyde de carbone et eau. C'est pour cela que de la vapeur sort parfois du conduit en hiver.

Bilan : méthane + dioxygène → dioxyde de carbone + eau.

4.1 Danger : le monoxyde de carbone

Définition Quand il manque de l'air (pièce fermée, appareil mal réglé ou encrassé), la combustion est incomplète. Elle produit un gaz mortel : le monoxyde de carbone, de formule CO.
Le CO ne se voit pas, ne se sent pas, n'a pas de goût et n'irrite pas : on ne s'en rend pas compte.

Une flamme bleue montre une bonne combustion. Une flamme jaune qui noircit les casseroles montre un manque d'air : danger de monoxyde de carbone.

À savoir

En France, près de 4 000 intoxications au monoxyde de carbone sont comptées chaque année, et le CO cause une centaine de décès par an. La plupart arrivent pendant la période de chauffage, en hiver.
Les signes : maux de tête, nausées, vertiges, fatigue. Si plusieurs personnes de la maison les ont en même temps, il faut penser au CO.
Pour se protéger : aérer chaque jour, ne jamais boucher les aérations, faire entretenir la chaudière et le chauffe-eau chaque année, ne jamais faire tourner un groupe électrogène ou un barbecue à l'intérieur, installer un détecteur de CO.
En cas de doute : on aère, on arrête les appareils, on sort et on appelle le 15, le 18 ou le 112.

Source : Santé publique France, page « Monoxyde de carbone » et bilans du système de surveillance des intoxications au CO.

4.2 Combustion et effet de serre

Définition Le dioxyde de carbone (CO₂) produit par les combustions est un gaz à effet de serre : dans l'atmosphère, il retient une partie de la chaleur émise par la Terre. Plus il y a de CO₂ dans l'air, plus la planète se réchauffe.
Le méthane (CH₄) et le protoxyde d'azote (N₂O) sont aussi des gaz à effet de serre.

Ordre de grandeur : pour se chauffer, brûler du gaz naturel émet environ 227 g de CO₂ pour chaque kWh de chaleur, et le fioul environ 325 g (ADEME, Base Carbone, citée par Connaissance des énergies). Ce sont les mêmes valeurs qu'au chapitre 10.

Attention Ne confonds pas : le CO₂ (dioxyde de carbone) n'est pas toxique à petite dose, mais il réchauffe la planète. Le CO (monoxyde de carbone) est un poison mortel. Une seule lettre O de différence !

À toi (C3)

Un barbecue au charbon de bois fonctionne dans le jardin.
a) Quels sont les réactifs de la combustion ? b) Quel produit se forme ? c) Pourquoi est-il interdit de l'allumer dans un garage fermé ?

a) Réactifs : le carbone (charbon) et le dioxygène de l'air.
b) Produit : le dioxyde de carbone (CO₂).
c) Dans un garage fermé, l'air manque : la combustion devient incomplète et produit du monoxyde de carbone (CO), un gaz invisible et mortel.

Réponse à la situation d'entrée :

La bougie brûle grâce au dioxygène de l'air. Sous le verre, il y a peu d'air : quand le dioxygène est presque tout consommé, la combustion s'arrête et la flamme s'éteint.

La buée, c'est de l'eau produite par la combustion de la cire (le sulfate de cuivre anhydre bleuit). Il s'est aussi formé du dioxyde de carbone (l'eau de chaux se trouble).

5. La rouille et l'acide sur un métal (C2)

5.1 La corrosion du fer

Définition La corrosion, c'est quand un métal est abîmé par une transformation chimique. Pour le fer, on parle de rouille.
fer + dioxygène (avec de l'eau) → rouille
La rouille est une nouvelle espèce, orange-brun, qui s'effrite : le métal s'affaiblit.

Le fer rouille seulement quand il y a à la fois du dioxygène (l'air) et de l'eau.

À savoir Pour protéger un portail, une rambarde ou des fers à béton, on empêche l'air et l'eau de toucher le fer : peinture, huile ou graisse, couche de zinc (acier galvanisé). Sur un chantier, on stocke les ferrailles à l'abri de la pluie.

5.2 Un acide attaque certains métaux

Définition Une solution acide (riche en ions H⁺) réagit avec certains métaux, comme le fer ou le zinc.
Le métal disparaît peu à peu et un gaz se dégage : le dihydrogène (H₂).
fer + acide chlorhydrique → dihydrogène + solution de chlorure de fer

Réaction entre l'acide chlorhydrique et le fer : le gaz produit donne une petite détonation, c'est du dihydrogène. On travaille avec lunettes, blouse et gants.

À savoir

Pendant la réaction, les ions H⁺ de l'acide sont consommés : la solution devient moins acide, son pH augmente (chapitre 5).
Le dihydrogène brûle facilement : on travaille loin des flammes, avec de petites quantités.
À la maison : un détartrant acide abîme les métaux. On ne le laisse pas agir longtemps sur une robinetterie et on ne le range jamais dans un récipient en métal.

À toi (C2)

On verse de l'acide chlorhydrique sur de la poudre de zinc. Des bulles se forment et le zinc disparaît.
a) Quels sont les réactifs ? b) Quel test permet de savoir si le gaz est du dihydrogène ? Que doit-on observer ?

a) Réactifs : le zinc et l'acide chlorhydrique (ils disparaissent).
b) On approche une allumette enflammée de l'ouverture du tube. Si c'est du dihydrogène, on entend une petite détonation (« pop »).

6. Les atomes se redistribuent, la masse se conserve (C4)

Définition Pendant une transformation chimique, les molécules des réactifs se cassent. Leurs atomes se réassemblent autrement pour former les molécules des produits.
Aucun atome n'apparaît, aucun atome ne disparaît : on dit que les atomes se redistribuent.

Combustion du méthane : les mêmes atomes avant et après, mais assemblés autrement. Légende : C noir, H blanc, O rouge.

Conservation de la masse Comme les atomes sont les mêmes avant et après, la masse ne change pas :

masse des réactifs consommés = masse des produits formés

Exemple 1 : quand 12 g de carbone brûlent, ils consomment exactement 32 g de dioxygène. Quelle masse de dioxyde de carbone se forme ?

Masse des réactifs : 12 + 32 = 44 g.

La masse se conserve : il se forme 44 g de CO₂.

Comprimé effervescent dans l'eau (au départ, 152,4 g dans les deux cas). Bouteille fermée : rien ne sort, la masse ne change pas. Bouteille ouverte : le CO₂ s'échappe, la balance ne le pèse plus.

Exemple 2 : dans la bouteille ouverte, la masse passe de 152,4 g à 151,8 g. Les atomes ont-ils disparu ?

Différence : 152,4 − 151,8 = 0,6 g.

Non, aucun atome n'a disparu : 0,6 g de CO₂ est parti dans l'air. Dans la bouteille fermée, ce gaz reste dedans et la masse se conserve.

Attention Quand un gaz s'échappe (ou quand un gaz de l'air entre dans la réaction), la balance semble dire que la masse change. En réalité, la masse se conserve : il faut compter tous les réactifs et tous les produits, gaz compris.

À toi (C4)

Dans une gazinière, 16 g de méthane brûlent avec 64 g de dioxygène. Il se forme 44 g de dioxyde de carbone et de l'eau.
a) Calcule la masse totale des réactifs. b) Déduis-en la masse d'eau formée.

a) Réactifs : 16 + 64 = 80 g.
b) La masse se conserve : produits = 80 g. Eau = 80 − 44 = 36 g. Vérification : 44 + 36 = 80.

7. Lire une équation de réaction (C5)

Définition Une équation de réaction écrit la transformation avec les formules chimiques.

CH₄ + 2 O₂ → CO₂ + 2 H₂O

À gauche de la flèche : les réactifs. À droite : les produits. La flèche se lit « donnent ».
Le grand chiffre devant une formule donne le nombre de molécules (2 O₂ = deux molécules de dioxygène). Pas de chiffre = 1 molécule.
Le petit chiffre en bas donne le nombre d'atomes dans une molécule (chapitre 4).

Règle Une équation est juste (on dit « équilibrée ») si, pour chaque sorte d'atome, il y a le même nombre à gauche et à droite.

Méthode Vérifier qu'une équation conserve les atomes

Je fais un tableau avec une ligne par sorte d'atome (C, H, O…).

Pour chaque formule : nombre d'atomes = grand chiffre × petit chiffre. Exemple : 2 H₂O contient 2 × 2 = 4 atomes H et 2 × 1 = 2 atomes O.

J'additionne à gauche, puis à droite. Si tous les nombres sont égaux, l'équation est équilibrée.

Exemple 1 : vérifier CH₄ + 2 O₂ → CO₂ + 2 H₂O.

Atome	À gauche	À droite	Égal ?
C	1 (dans CH₄)	1 (dans CO₂)	oui
H	4 (dans CH₄)	2 × 2 = 4 (dans 2 H₂O)	oui
O	2 × 2 = 4 (dans 2 O₂)	2 + 2 = 4 (2 dans CO₂, 2 dans 2 H₂O)	oui

Tous les nombres sont égaux : l'équation est équilibrée. C'est la même chose que le dessin des boules de la section 6.

Exemple 2 : l'équation de la combustion incomplète du carbone est 2 C + O₂ → 2 CO. Est-elle équilibrée ?

Carbone : à gauche 2 ; à droite 2 × 1 = 2. Égal.

Oxygène : à gauche 2 ; à droite 2 × 1 = 2. Égal.

L'équation est équilibrée. Elle montre la formation du monoxyde de carbone quand l'air manque.

Attention

Ne confonds pas 2 O₂ (deux molécules, 4 atomes O) et O₂ (une molécule, 2 atomes O).
Le + d'une équation veut dire « et », pas « additionner des nombres ».
Dans ce chapitre, l'équation est toujours donnée : tu dois savoir la lire et compter les atomes, pas l'inventer.

À toi (C5)

Voici l'équation de la combustion du carbone : C + O₂ → CO₂.
a) Quels sont les réactifs ? b) Compte les atomes de chaque sorte à gauche et à droite. c) L'équation est-elle équilibrée ?

a) Réactifs : C (carbone) et O₂ (dioxygène).
b) Carbone : 1 à gauche, 1 à droite. Oxygène : 2 à gauche, 2 à droite.
c) Les nombres sont égaux : l'équation est équilibrée.

À toi (C5)

Léo a recopié l'équation de la combustion du méthane : CH₄ + O₂ → CO₂ + 2 H₂O.
Compte les atomes d'oxygène de chaque côté. Léo a-t-il fait une erreur ?

À gauche : O₂ = 2 atomes O.
À droite : 2 (dans CO₂) + 2 × 1 (dans 2 H₂O) = 4 atomes O.
2 ≠ 4 : l'équation n'est pas équilibrée. Léo a oublié le 2 devant O₂ : la bonne équation est CH₄ + 2 O₂ → CO₂ + 2 H₂O.

À toi (C5)

Dans un bus à hydrogène, le dihydrogène réagit avec le dioxygène. L'équation est : 2 H₂ + O₂ → 2 H₂O.
a) Quel est le seul produit ? b) Vérifie que l'équation est équilibrée. c) Ce bus rejette-t-il du CO₂ ?

a) Le seul produit est l'eau (H₂O).
b) Hydrogène : à gauche 2 × 2 = 4, à droite 2 × 2 = 4. Oxygène : à gauche 2, à droite 2 × 1 = 2. Équation équilibrée.
c) Il n'y a pas d'atome de carbone dans les réactifs : il ne peut pas se former de CO₂. Le bus rejette seulement de l'eau.

8. L'essentiel à retenir

À retenir :

Transformation physique (fusion, dissolution, mélange) : aucune nouvelle espèce. Transformation chimique : de nouvelles espèces apparaissent.
Réactifs : ils disparaissent. Produits : ils apparaissent. Bilan : réactifs → produits.
Tests : eau de chaux trouble → CO₂ ; sulfate de cuivre anhydre bleu → eau ; allumette « pop » → dihydrogène ; bûchette qui se rallume → dioxygène.
Combustion : combustible + dioxygène → dioxyde de carbone + eau. Le CO₂ est un gaz à effet de serre.
Manque d'air → monoxyde de carbone (CO), invisible et mortel : aérer, entretenir, détecteur.
Le fer rouille avec l'air et l'eau. Un acide attaque le fer ou le zinc et dégage du dihydrogène.
Les atomes se redistribuent : mêmes atomes avant et après. Donc la masse se conserve.
Équation : grand chiffre = nombre de molécules ; elle est équilibrée si chaque sorte d'atome a le même nombre des deux côtés.

Erreurs fréquentes

Croire que des bulles = transformation chimique : l'eau qui bout fait des bulles de vapeur d'eau, c'est physique.
Croire que le sucre dissous a disparu : il est toujours là, c'est une dissolution.
Oublier le dioxygène dans les réactifs d'une combustion.
Confondre CO et CO₂ : CO est le poison mortel, CO₂ le gaz à effet de serre.
Utiliser le mauvais test : l'eau de chaux sert seulement pour le CO₂.
Croire que la masse diminue quand un gaz s'échappe : les atomes sont partis dans l'air, ils n'ont pas disparu.
Oublier le grand chiffre en comptant les atomes : 2 H₂O contient 4 atomes H.