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Faisons une expérience (théorique). Nous versons 250 ml d'une solution incolore de nitrate d'argent (AgNO3) dans un bécher. Nous immergeons ensuite un fil de cuivre dans le bécher. Après avoir attendu plusieurs minutes, nous vérifions notre solution, et elle ressemble à ceci :
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Inscris-toi gratuitementLaquelle des formules suivantes est la formule générale d'une réaction de remplacement simple ?
Vrai ou faux : Dans une réaction de remplacement simple, n'importe quel élément peut en remplacer un autre à condition qu'il soit plus réactif.
Vrai ou faux : Dans une réaction de remplacement simple, un élément ne peut en remplacer un autre que s'il a la même charge (Ex : les deux ont une charge +2).
Quelle est la formule générale d'une réaction de double remplacement ?
La réaction suivante est-elle possible ? Pourquoi ou pourquoi pas ?$$ KI + NaNO_3 \rightarrow INO_3 + KNa$$
Laquelle des formules suivantes est la formule générale d'une réaction de remplacement simple ?
Vrai ou faux : Dans une réaction de remplacement simple, n'importe quel élément peut en remplacer un autre à condition qu'il soit plus réactif.
Vrai ou faux : Dans une réaction de remplacement simple, un élément ne peut en remplacer un autre que s'il a la même charge (Ex : les deux ont une charge +2).
Quelle est la formule générale d'une réaction de double remplacement ?
La réaction suivante est-elle possible ? Pourquoi ou pourquoi pas ?$$ KI + NaNO_3 \rightarrow INO_3 + KNa$$
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Équipe enseignants Réactions de substitution simple et double
Fig.1 Fil de cuivre dans une solution de nitrate d'argent
Alors, que s'est-il passé ? Pourquoi notre fil de cuivre est-il soudainement argenté ? Et pourquoi notre solution est-elle soudainement bleue ? Eh bien, une réaction de remplacement unique s'est produite. Cela signifie que des cristaux d'argent se forment sur le fil (c'est pourquoi il est argenté) et que le nitrate de cuivre (Cu(NO3)2) est en solution, ce qui est bleu.
Dans cet article, nous allons tout apprendre sur les réactions de remplacement simple et double, afin de mieux comprendre pourquoi de telles réactions se produisent.
Commençons par examiner la définition d'une réaction de remplacement simple.
Dans une réaction de remplacement simple, un élément est remplacé par un autre dans un composé, créant ainsi un nouveau composé
Cette réaction est parfois appelée déplacement simple, puisqu'un élément en "pousse" (déplace) un autre.
La formule générale de cette réaction est la suivante :
$$A + BC \rightarrow AC + B$$.
Essentiellement, l'élément A est échangé avec l'élément B, qui forme le nouveau composé AC. L'élément B reste donc un élément solitaire.
Il est important de se rappeler que l'élément solitaire s'échange toujours avec une espèce de même charge. En fait, seules les espèces formant des cations (chargées positivement) peuvent déplacer une autre espèce formant des cations. Par exemple, le fer (Fe), qui peut avoir une charge de +2 ou +3, ne peut pas déplacer l'oxygène (O), qui peut avoir une charge de -2.
De plus, l'élément qui effectue le remplacement est toujours plus réactif que l'espèce qu'il remplace. Nous en parlerons plus en détail dans la section "Séries d'activités".
Maintenant que nous avons vu à quoi ressemble la réaction générale, examinons quelques exemples spécifiques.
Réactions de remplacement de cations
Cu + AgNO_3 \rightarrow CuNO_3 + Ag$$$$$$$Cu + AgNO_3 \rightarrow CuNO_3 + Ag$$$
Zn + CuCl_2 \rightarrow ZnCl_2 + Cu$$$$ Zn + H_2_3 \rightarrow ZnCl_2 + Ag
Zn + H_2S \rightarrow H_2 + ZnS$$ $Zn + H_2S \rightarrow H_2 + ZnS$$
Dans les réactions ci-dessus, l'élément solitaire (neutre) peut former un cation, qui remplacera le cation dans le composé.
La première et la deuxième réaction sont en fait les réactions dont nous avons parlé dans notre introduction. Il n'est pas nécessaire que ces éléments aient la même charge, il suffit qu'ils aient le même type de charge (c'est-à-dire positive ou négative). Dans la troisième réaction, le zinc (Zn) a une charge de +2 dans le sulfure de zinc (ZnS), tandis que l'hydrogène (H) a une charge de +1 lorsqu'il est lié au soufre (S).
Réactions de remplacement d'anions
$$Br_2 + 2KI \righrighrow 2KBr + I_2$$
F_2 + NaCl \rightarrow NaF + Cl_2$$$$$$$$$$$$.
Les réactions de remplacement d'anions sont pratiquement les mêmes que les réactions de remplacement de cations, sauf que c'est l'espèce chargée négativement qui est remplacée.
Lorsqu'un élément est seul (sans charge notée), il est neutre. Il n'est chargé que lorsqu'il est lié. Pour cette raison, tu dois te souvenir des espèces qui forment des cations et de celles qui forment des anions. Par exemple, la réaction suivante n'est pas possible :
$$Zn + HCl \rightarrow H_2Zn$$$.
En effet, le zinc ne forme qu'un cation (charge +2) et ne peut donc pas remplacer le chlore (Cl), qui a une charge -1 lorsqu'il est lié à l'hydrogène.
Les réactions de remplacement simple ne peuvent se produire que si l'élément qui en remplace un autre est plus réactif. Pour nous aider à nous rappeler quelle espèce est la plus réactive, nous utilisons une série d'activités.
Une série d'activité est un tableau répertoriant les éléments du plus au moins réactif.
Pour commencer, voici la série d'activité des métaux.
Fig.2- Série d'activité des métaux
À partir de ce tableau, nous pouvons voir quelques tendances générales :
Les métaux des groupes 1 et 2 sont plus réactifs que les métaux de transition.
La réactivité des métaux de transition diminue au fur et à mesure que l'on descend dans les rangs.
Travaillons sur un exemple :
Laquelle des réactions de remplacement simple suivantes n'est pas possible ?
$$2Na + ZnCl_2 \rightarrow 2NaCl + Zn$$$
Cu + ZnCl_2 \rightarrow CuCl_2 + Zn$$ $$$$$$$Cu + ZnCl_2 \rightarrow CuCl_2 + Zn$$$$
Pb + ZnCl_2 \rightarrow PbCl_2 + Zn$$$
Chacun de ces éléments s'échange avec le zinc (Zn), nous devons donc comparer leurs réactivités à celle du zinc.
Comme le cuivre se trouve en dessous du zinc, il est moins réactif et cette réaction n'est donc pas possible. Le sodium et le plomb sont tous deux au-dessus du zinc, ils sont donc suffisamment réactifs pour que la réaction se produise.
Passons maintenant aux non-métaux :
Fig.3-Série d'activités pour les non-métaux
Voici quelques règles générales :
Bien qu'il s'agisse d'une bonne règle générale, il est préférable de garder une série d'activités à portée de main !
Prenons un autre exemple, cette fois en utilisant la série des non-métaux :
Laquelle des réactions suivantes n'est pas possible ?
Br_2 + CuO \rightarrow CuBr + O_2$$$$$$ Br_2 + CuO \rightarrow CuBr + O_2$$$$$$ F_2 + CuO
$$ F_2 + CuO \rightarrow CuF + O_2$$$$$$ I_2 + CuO \rightarrow CuF + O_2
I_2 + CuO \rightarrow CuI + O_2$$$$$$.
Comme l'iode (I) se trouve en dessous de l'oxygène dans la série d'activité, il est moins réactif que l'oxygène et cette réaction ne peut donc pas se produire (le brome (Br) et le fluor (F) se trouvent tous deux au-dessus de l'oxygène).
Passons maintenant aux réactions de double remplacement. Sa définition est la suivante :
Lesréactions de double remplacement sont celles qui se produisent entre deux composés ioniques. Les ions du même type (cations ou anions) sont échangés entre les deux composés, pour en former de nouveaux.
La formule générale des réactions de double remplacement est la suivante :
$$AB + CD \rightarrow CB + AD$$
Où A et C sont tous deux des cations et B et D sont tous deux des anions.
Dans une réaction de double remplacement, soit les deux cations sont échangés, soit les deux anions. Contrairement aux réactions de remplacement simple, tu ne peux pas vraiment savoir lesquels ont été échangés, car tu obtiendrais le même produit de toute façon.
Voici quelques exemples de réactions de double remplacement :
(NH_4)_2CO_3 + Ba(NO_3)_2 + 2NH_4NO_3 + BaCO_3$$.
2KI + Pb(NO_3)_2 \rightarrow PbI_2 + 2KNO_3$$$.
$Ca(OH)_2 + HCl \rightarrow H_2O + CaCl_2$$$$$$$$$Ca(OH)_2 + HCl \rightarrow H_2O + CaCl_2
Lesréactions de précipitation sont un type particulier de réactions de double remplacement. Dans ces réactions, deux solides aqueux (dissous dans l'eau) réagissent pour former un solide insoluble appelé précipité.
Voici quelques exemples de réaction de précipitation :
$$AgNO_{3\,(aq)} + NaCl_{(aq)} \rightarrow NaNO_{3\,(aq)} + AgCl_{(s)}$$$.
$$CuSO_{4\,(aq)} + 2NaOH_{(aq)} \rightarrow Na_2SO_{4\,(aq)} + Cu(OH)_{2\,(s)}$$$
Souvent, lorsqu'on étudie les réactions de précipitation, on utilise l'équation ionique nette au lieu des équations chimiques normales, comme indiqué ci-dessus. Dans les équations ioniques nettes, seuls les ions qui forment le précipité sont indiqués, puisqu'il s'agit de la réaction directe qui se produit.
Par exemple, l'équation ionique nette de notre premier exemple est la suivante :
$$Ag^+_{(aq)} + Cl^-_{(aq)} \arightarrow AgCl_{(s)}$$$.
Fondamentalement, tous les ions qui restent en solution pendant toute la durée du processus ne sont pas inclus. Ces ions sont appelés ions spectateurs, car ils ne font que "regarder" la réaction et n'y participent pas directement.
Un autre type particulier de réaction de double remplacement est la réaction de neutralisation.
Une réaction de neutralisation est une réaction entre un acide (donneur de H+ ) et une base (accepteur de H+ ) qui forme un sel (solide ionique) et de l'eau
La formule générale de ce type de réaction est la suivante :
$$HA + BOH \rightarrow H_2O + BA$$$.
Où A est l'anion de l'acide et B le cation de la base.
La réaction est appelée réaction de neutralisation parce que les deux sels (ici représentés par BA) et l'eau (H2O) ont un pH neutre (pH=7)
Voici quelques exemples :
$$HCl + NaOH \rightarrow H_2O + NaCl$$$
HBr + KOH \rightarrow H_2O + KBr$$ $$$$$$$$$$$$$$$$$$.
$$A + BC \rightarrow AC + B$$
Une série d'activité est un tableau qui énumère les éléments du plus au moins réactif.
Pour qu'une réaction de remplacement simple se produise, l'élément de remplacement doit être plus réactif que l'élément remplacé.
Les réactionsde double remplacement sont des réactions qui se produisent entre deux composés ioniques. Les ions du même type (cations ou anions) sont échangés entre les deux composés, pour en former de nouveaux.
$$AB + CD \rightarrow CB + AD$$.
Lesréactions de précipité sont un type particulier de réactions de double remplacement où deux solides aqueux (dissous dans l'eau) réagissent pour former un solide insoluble appelé précipité
Une réaction de neutralisation est une réaction entre un acide (donneur de H+ ) et une base (accepteur de H+ ) qui forme un sel (solide ionique) et de l'eau.
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Lily Hulatt is a Digital Content Specialist with over three years of experience in content strategy and curriculum design. She gained her PhD in English Literature from Durham University in 2022, taught in Durham University’s English Studies Department, and has contributed to a number of publications. Lily specialises in English Literature, English Language, History, and Philosophy.
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Gabriel Freitas is an AI Engineer with a solid experience in software development, machine learning algorithms, and generative AI, including large language models’ (LLMs) applications. Graduated in Electrical Engineering at the University of São Paulo, he is currently pursuing an MSc in Computer Engineering at the University of Campinas, specializing in machine learning topics. Gabriel has a strong background in software engineering and has worked on projects involving computer vision, embedded AI, and LLM applications.
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