Équilibrage des équations chimiques avec la démarche

Si l’on compte seulement les atomes, cette réaction a une infinité de solutions : on peut lui ajouter la décomposition 2H₂O₂ = 2H₂O + O₂ dans n’importe quelle proportion, et les atomes restent conservés. La réponse du manuel, 2KMnO₄ + 5H₂O₂ + 3H₂SO₄ = K₂SO₄ + 2MnSO₄ + 5O₂ + 8H₂O, vient du bilan des électrons échangés : tout l’oxygène au nombre d’oxydation −I se retrouve dans O₂. L’outil donne cette réponse et indique clairement que les atomes seuls en admettent d’autres.

On écrit le nombre d’oxydation au-dessus de chaque élément et on repère ceux qui changent. L’élément qui capte des électrons (son nombre d’oxydation diminue) est réduit, et l’espèce qui le contient est l’oxydant. L’élément qui cède des électrons (son nombre d’oxydation augmente) est oxydé, et son espèce est le réducteur. Dans KMnO₄ + HCl, le manganèse passe de +VII à +II en captant 5 électrons : KMnO₄ est l’oxydant ; le chlore passe de −I à 0 : HCl est le réducteur. Comme dans les manuels, l’outil écrit les nombres d’oxydation en chiffres romains au-dessus des symboles.

Le chlore, l’oxygène, l’hydrogène, l’azote et les autres éléments diatomiques existent sous forme de molécules Cl₂, O₂, H₂ et N₂. La ligne prend donc deux atomes d’un coup : 2Cl(−I) − 2e⁻ → Cl₂(0), soit en demi-équation électronique 2 Cl⁻ = Cl₂ + 2 e⁻. Le multiplicateur devant la ligne devient alors directement le coefficient de la molécule, sans rien diviser par deux ensuite.

Quand les quantités de deux réactifs sont données, l’un d’eux est en général en excès et ne doit pas servir au calcul : il ne réagit pas entièrement. On divise la quantité de matière de chaque réactif par son nombre stœchiométrique dans l’équation ajustée ; la plus petite valeur, qui est l’avancement maximal x_max, désigne le réactif limitant, et c’est à partir de lui qu’on calcule le produit. Pour 13 g de zinc (0,2 mol) et 7,3 g de HCl (0,2 mol), le zinc donne 0,2 / 1 = 0,2 et HCl donne 0,2 / 2 = 0,1 : HCl est limitant, x_max = 0,1 mol, et il se forme 0,1 mol de dihydrogène.

22,4 L/mol est le volume d’une mole de gaz dans les conditions normales de température et de pression (CNTP) : 0 °C et 1013 hPa. Les exercices du lycée donnent souvent Vm = 24,0 L/mol, valeur valable à 20 °C sous 1013 hPa. L’IUPAC a fixé la pression standard à 1000 hPa, ce qui donne 22,7 L/mol à 0 °C. Les conditions se choisissent dans les réglages, et la valeur de Vm utilisée est toujours écrite dans la résolution.

La règle « la somme des nombres d’oxydation est nulle » donne +8/3 pour le fer. Un atome isolé ne peut pas avoir un nombre d’oxydation fractionnaire : Fe₃O₄ est l’oxyde mixte FeO·Fe₂O₃, avec un atome de fer à +II et deux à +III, et +8/3 est leur moyenne. L’outil signale une telle valeur comme une moyenne et ne la présente pas comme un nombre d’oxydation réel.