Équilibrer les équations chimiques : plan de leçon
Mis à jour le 2026-10-02
Ce plan de leçon pour équilibrer les équations chimiques utilise une simulation gratuite afin de corriger les deux réflexes qui ruinent la plupart des premiers essais des élèves : modifier les indices au lieu des coefficients, et deviner sans compter. Les élèves règlent les coefficients avec des boutons haut et bas et regardent, pour chaque élément, une balance pencher ou s'équilibrer : la conservation des atomes devient quelque chose qu'ils voient. Ensuite, ils jouent à un jeu à trois niveaux. Vous obtenez des objectifs d'apprentissage, la préparation, des prédictions, un déroulé pas à pas avec les décomptes que les élèves doivent voir, un corrigé complet, une série de cinq questions pour le lien de la classe, un prolongement sur le réactif limitant et des idées de différenciation. Chaque valeur provient du modèle de la simulation elle-même.
La leçon en un coup d'œil
- Niveau : de la 5e à la 2de (12 à 16 ans). Le niveau 3 du jeu met à l'épreuve les élèves de 2de–première.
- Durée : une séance de 50 à 60 minutes, plus un prolongement facultatif de 15 minutes.
- Prérequis : les formules chimiques et le sens d'un indice ; l'idée que la masse se conserve dans une réaction.
- Format : en binômes sur ordinateurs portables, tablettes ou téléphones, ou classe entière avec un seul vidéoprojecteur.
- Simulation : Équilibrer les équations chimiques – coefficients, modèles moléculaires et jeu d'entraînement. Prolongement : Réactifs, produits et restes.
Objectifs d'apprentissage
À la fin de la leçon, les élèves savent :
- Compter les atomes de chaque élément des deux côtés d'une équation.
- Expliquer pourquoi on change les coefficients et jamais les indices.
- Équilibrer des équations de deux à quatre espèces, avec les plus petits coefficients entiers.
- Reconnaître que tout multiple d'un jeu de coefficients équilibré est aussi équilibré.
- (Prolongement) Utiliser une équation équilibrée pour trouver quel réactif est consommé en premier.
Ce que fait la simulation
La simulation comporte deux écrans.
Introduction propose trois réactions : synthèse de l'ammoniac, décomposition de l'eau et combustion du méthane. Chaque coefficient démarre à 1. Les élèves appuient sur + et − sous chaque formule, de 1 à 6. Au-dessus des boutons, de petits modèles moléculaires montrent combien de molécules représente chaque coefficient. Sous l'équation, il y a une balance par élément, avec les nombres d'atomes de gauche et de droite sur ses plateaux. Une balance penche du côté le plus lourd et s'équilibre quand les nombres sont égaux. Vue : Balance bascule vers un diagramme en barres avec les mêmes nombres. Quand tous les éléments concordent, l'étiquette passe de « Non équilibrée ☹ » à « Équilibrée ☺ ». Réinit. les coefficients remet tout à 1.
Jeu propose trois niveaux de cinq équations chacun, toujours dans le même ordre. Les coefficients vont de 1 à 9, et un tableau Élément / Gauche / Droite / Égalité marque chaque élément d'un ✓ ou d'un ✗. Vérifier donne 2 points pour une bonne réponse du premier coup et 1 point au deuxième essai. Après deux erreurs, le jeu affiche l'équation équilibrée. Chaque niveau est noté sur 10, et un chronomètre est facultatif.
Deux détails comptent pour l'enseignement :
- Introduction accepte tout jeu de coefficients équilibré. 2N₂ + 6H₂ → 4NH₃ affiche « Équilibrée ☺ » tout comme N₂ + 3H₂ → 2NH₃.
- Jeu attend les plus petits nombres entiers. Il compare la réponse au jeu réduit, donc 4H₂ + 2O₂ → 4H₂O est jugée fausse même si chaque atome est équilibré. C'est la convention, et c'est un bon sujet de discussion.
Un petit point à signaler aux élèves : à un coefficient de 5 ou 6, l'image s'arrête à quatre molécules. Les balances comptent tout de même chaque atome.
Matériel et préparation avant la classe
Matériel : un appareil par binôme (ou un vidéoprojecteur), des ardoises ou du papier brouillon, et le tableau de relevé ci-dessous.
Préparation (10 minutes, une seule fois) :
- Ouvrez la simulation. Les réglages par défaut sont l'écran Introduction, la synthèse de l'ammoniac, les balances et le chronomètre du jeu activé.
- Cliquez sur Partager et créez un lien pour chaque classe, par exemple « Chimie · 3e B ». Si les chronomètres stressent votre classe, désactivez Afficher le chronomètre dans Jeu avant de créer le lien.
- Facultatif : dans l'onglet Questions, saisissez la série de questions ci-dessous et associez-la au lien.
- Affichez le lien, ou ouvrez-le en mode présentation et montrez le QR code.
Déroulé de la leçon
1. Accroche et prédictions (7 minutes)
Écrivez H₂ + O₂ → H₂O au tableau et demandez : « L'hydrogène brûle dans le dioxygène et forme de l'eau. Cette équation est-elle terminée ? » Les élèves s'engagent ensuite sur deux prédictions, sur papier ou sur le lien :
- P1. « Dans N₂ + H₂ → NH₃ avec tous les coefficients à 1, quels éléments sont déséquilibrés ? Seulement l'azote / seulement l'hydrogène / les deux / aucun. »
- P2. « Pour équilibrer H₂ + O₂ → H₂O, peut-on changer H₂O en H₂O₂ ? »
Attendez-vous à beaucoup de « seulement l'hydrogène » pour P1 et à beaucoup de « oui » pour P2. Ne corrigez encore personne.
2. Ammoniac : compter d'abord, changer ensuite (10 minutes)
Les binômes ouvrent l'écran Introduction avec l'ammoniac et lisent les balances avant de toucher à quoi que ce soit :
| Coefficients | N à gauche | N à droite | H à gauche | H à droite | Étiquette |
|---|---|---|---|---|---|
| 1, 1, 1 | 2 | 1 | 2 | 3 | Non équilibrée ☹ |
| 1, 1, 2 | 2 | 2 | 2 | 6 | Non équilibrée ☹ |
| 1, 3, 2 | 2 | 2 | 6 | 6 | Équilibrée ☺ |
Vérifiez P1 : les deux éléments démarrent déséquilibrés. Modélisez la démarche à voix haute. « L'azote est décalé d'un. Faisons deux NH₃. Cela corrige l'azote, mais maintenant l'hydrogène est à 2 contre 6. Trois H₂ donnent 6. Recomptez tout. » Posez ensuite la question de P2 : « Pourquoi ne pas simplement écrire NH₂ ? » Parce que NH₂ n'est pas de l'ammoniac. Un indice fait partie de l'identité de la substance. Un coefficient dit seulement combien de molécules on a.
3. Eau et méthane (10 minutes)
Les binômes équilibrent seuls les deux autres réactions, en remplissant le même type de tableau :
- Décomposition de l'eau : à 1, 1, 1, l'hydrogène est équilibré (2 et 2) mais pas l'oxygène (1 contre 2). La réponse est 2H₂O → 2H₂ + O₂.
- Combustion du méthane : à 1, 1, 1, 1, le carbone est équilibré, l'hydrogène est à 4 contre 2 et l'oxygène à 2 contre 3. La réponse est CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O.
Demandez l'ordre dans lequel ils ont équilibré les éléments. La meilleure démarche : commencer par un élément qui n'apparaît que dans une formule de chaque côté, et laisser pour la fin les éléments qui figurent seuls (O₂, H₂, Fe), car les modifier ne dérange rien d'autre.
4. Multiples (3 minutes)
Demandez aux binômes de régler l'ammoniac sur 2, 6, 4. L'étiquette indique toujours « Équilibrée ☺ ». Demandez : « Alors 2N₂ + 6H₂ → 4NH₃ est-elle fausse ? » Elle est équilibrée, mais les chimistes écrivent les plus petits nombres entiers, comme on simplifie une fraction. Le jeu l'exigera.
5. Jeu (15 minutes)
Les binômes jouent le niveau 1, puis le niveau 2. Les élèves qui obtiennent 8 ou plus au niveau 2 passent au niveau 3. Dites-leur de lire la colonne Égalité avant d'appuyer sur Vérifier, car le second essai ne rapporte que 1 point. Voici le corrigé complet, dans l'ordre où le jeu montre les équations :
| Niveau | Équation équilibrée |
|---|---|
| 1 | 3Fe + 2O₂ → Fe₃O₄ |
| 1 | 2H₂ + O₂ → 2H₂O |
| 1 | 4Na + O₂ → 2Na₂O |
| 1 | 2Mg + O₂ → 2MgO |
| 1 | Zn + 2HCl → ZnCl₂ + H₂ |
| 2 | 4Al + 3O₂ → 2Al₂O₃ |
| 2 | Al₂O₃ + 6HCl → 2AlCl₃ + 3H₂O |
| 2 | Fe + 2HCl → FeCl₂ + H₂ |
| 2 | 2Na + 2H₂O → 2NaOH + H₂ |
| 2 | 4P + 5O₂ → 2P₂O₅ |
| 3 | C₃H₈ + 5O₂ → 3CO₂ + 4H₂O |
| 3 | Fe₂O₃ + 3CO → 2Fe + 3CO₂ |
| 3 | 2KClO₃ → 2KCl + 3O₂ |
| 3 | 3Ca(OH)₂ + 2H₃PO₄ → Ca₃(PO₄)₂ + 6H₂O |
| 3 | 2C₂H₆ + 7O₂ → 4CO₂ + 6H₂O |
Les équations à nombre impair d'atomes d'oxygène (4Al + 3O₂, 4P + 5O₂ et 2C₂H₆ + 7O₂) sont celles où la plupart des élèves calent. L'astuce : équilibrer d'abord avec une moitié (C₂H₆ + 3½O₂), puis tout doubler.
6. Vérification de sortie (5 minutes)
Utilisez les questions 3 à 5 de la série ci-dessous. Ouvrez ensuite Voir les réponses et montrez côte à côte les colonnes Prédiction et Après pour P1 et P2. P2 montre en général le plus grand changement de la leçon.
Série de questions pour cette leçon
Saisissez-les dans l'onglet Questions de la simulation. Consignes pour les élèves suggérées : « Comptez les atomes des deux côtés avant de changer quoi que ce soit. Ne changez que les coefficients. Utilisez les plus petits nombres entiers. »
1. Choix multiple · Avant, comme prédiction · Reposer après la simulation
- Question : « Dans N₂ + H₂ → NH₃ avec tous les coefficients à 1, quels éléments sont déséquilibrés ? »
- Options : seulement l'azote / seulement l'hydrogène / l'azote et l'hydrogène (correct) / aucun
- Explication : « Le côté gauche a 2 N et 2 H. Le côté droit a 1 N et 3 H. Les deux éléments sont décalés, il faut donc des coefficients des deux côtés : N₂ + 3H₂ → 2NH₃ donne 2 N et 6 H de chaque côté. »
2. Choix multiple · Avant, comme prédiction · Reposer après la simulation
- Question : « Pour équilibrer H₂ + O₂ → H₂O, peut-on changer H₂O en H₂O₂ ? »
- Options : Oui, cela l'équilibre / Non, cela donne une autre substance (correct) / Oui, mais seulement du côté des produits / Seulement si l'on change aussi H₂
- Explication : « Les indices font partie de la formule. H₂O₂ est le peroxyde d'hydrogène, pas l'eau. Pour équilibrer, ne changez que les coefficients : 2H₂ + O₂ → 2H₂O. »
3. Nombre · Après la simulation
- Question : « Équilibrez C₃H₈ + O₂ → CO₂ + H₂O avec les plus petits nombres entiers (Jeu, niveau 3). Quel coefficient se place devant O₂ ? »
- Réponse : 5, marge d'erreur ± 0
- Explication : « Trois atomes de C donnent 3CO₂. Huit atomes de H donnent 4H₂O. Les produits contiennent alors 6 + 4 = 10 atomes d'O, il faut donc 5O₂ : C₃H₈ + 5O₂ → 3CO₂ + 4H₂O. »
4. Nombre · Après la simulation
- Question : « Équilibrez Al + O₂ → Al₂O₃ avec les plus petits nombres entiers (Jeu, niveau 2). Quel est le coefficient de Al ? »
- Réponse : 4, marge d'erreur ± 0
- Explication : « L'oxygène est par deux à gauche et par trois à droite, le plus petit nombre commun est donc 6 : 3O₂ et 2Al₂O₃. Deux Al₂O₃ contiennent 4 atomes d'Al, la réponse est donc 4Al + 3O₂ → 2Al₂O₃. »
5. Réponse courte · Après la simulation
- Question : « Le jeu juge 4H₂ + 2O₂ → 4H₂O fausse, même si chaque atome est équilibré. Pourquoi ? »
- Réponses acceptées (facultatif) : *petit*, *minimal*, *simple*, *divis*
- Réponse modèle : « Les coefficients doivent être les plus petits nombres entiers. 4, 2, 4 sont tous divisibles par 2, ce qui donne 2H₂ + O₂ → 2H₂O. »
Les questions 1 et 2 sont les prédictions, reposées après la simulation. Pour comparer les réponses de plusieurs classes, consultez recueillir les réponses des élèves sans comptes élèves.
Prolongement : quel réactif est consommé en premier ?
Une équation équilibrée est une recette. La seconde simulation montre ce qui se passe quand les quantités ne correspondent pas à la recette. Commencez par son écran Sandwichs pour l'analogie, puis ouvrez Molécules. Deux curseurs fixent le nombre de molécules de chaque réactif de 0 à 10, et l'écran montre les produits et les restes. Un tableau de décompte des atomes prouve que rien ne disparaît.
Les valeurs par défaut font de bons exemples :
| Réaction | Départ | Produits | Reste |
|---|---|---|---|
| Former de l'eau : 2H₂ + O₂ → 2H₂O | 4 H₂, 3 O₂ | 4 H₂O | 1 O₂ |
| Former de l'ammoniac : N₂ + 3H₂ → 2NH₃ | 2 N₂, 9 H₂ | 4 NH₃ | 3 H₂ |
| Brûler du méthane : CH₄ + 2O₂ → CO₂ + 2H₂O | 3 CH₄, 8 O₂ | 3 CO₂, 6 H₂O | 2 O₂ |
Demandez : « Dans la ligne de l'ammoniac, il y a plus de molécules de H₂ que de N₂. Lequel est consommé en premier ? » C'est N₂. Chaque N₂ a besoin de trois H₂, donc 2 N₂ n'en utilisent que 6 sur 9. Laissez ensuite les élèves fixer leurs propres nombres et prédire avant de bouger le curseur. L'écran Jeu de cette simulation propose quatre niveaux d'entraînement.
Différenciation
Soutien :
- Restez sur l'écran Introduction avec le diagramme en barres, que certains élèves lisent plus facilement que les balances.
- Donnez une grille de comptage avec une ligne par élément et des colonnes pour la gauche et la droite.
- Associez un élève à l'aise en comptage à un élève qui a besoin de voir la démarche modélisée.
Approfondissement :
- Le niveau 3 du jeu, en particulier 3Ca(OH)₂ + 2H₃PO₄ → Ca₃(PO₄)₂ + 6H₂O. Demandez pourquoi on peut compter PO₄ comme une seule unité.
- Équilibrer 2C₂H₆ + 7O₂ → 4CO₂ + 6H₂O, puis expliquer pourquoi l'astuce du coefficient fractionnaire fonctionne.
- Écrire l'équation équilibrée de la combustion du propane et la comparer avec le jeu.
Élèves allophones : la simulation est disponible en six langues. Créez un second lien dans la langue de l'élève pour que les libellés lui soient familiers pendant que la discussion reste en français.
Lien avec les référentiels
Cette leçon correspond à la norme américaine NGSS MS-PS1-5 : élaborer et utiliser un modèle pour décrire comment le nombre total d'atomes ne change pas dans une réaction chimique, donc comment la masse se conserve. Au lycée, elle soutient HS-PS1-7 (également NGSS, États-Unis) : utiliser des représentations mathématiques pour montrer que les atomes, et donc la masse, se conservent. Elle s'inscrit dans le thème des équations chimiques du GCSE Chemistry (Royaume-Uni) et de tout cours d'introduction à la chimie.
Pour d'autres activités de chimie, consultez des idées de leçons de chimie interactives. Pour les routines de classe, consultez comment utiliser les simulations interactives en classe. Les molécules de ces équations viennent du plan de leçon Construire une molécule, qui fonctionne bien la leçon précédente.
Questions fréquentes
Pourquoi Introduction affiche-t-il « Équilibrée » pour 2, 6, 4 alors que le jeu dit que c'est faux ?
Introduction vérifie seulement que les atomes concordent, ce qui est la science. Le jeu vérifie aussi la convention des plus petits nombres entiers. Servez-vous de cette différence pour enseigner les deux idées.
Les élèves peuvent-ils tricher en essayant tous les nombres ?
Sur l'écran Introduction, un peu. Dans le jeu, une mauvaise réponse coûte des points et le second essai ne rapporte que 1 point, donc deviner ne paie pas. Demandez aux élèves d'écrire leurs décomptes d'atomes avant d'appuyer sur Vérifier.
L'ordre du jeu est-il aléatoire ?
Non. Chaque niveau montre toujours les mêmes cinq équations dans le même ordre, donc le corrigé ci-dessus correspond à l'écran de chaque élève.
Cela peut-il servir de devoir à la maison ?
Oui. Les élèves ouvrent le lien sans compte et jouent au jeu chez eux. Associez la série de questions au lien pour que leurs réponses vous reviennent. Le guide des devoirs donne d'autres idées.