QCM Sous forme de tableau 01 QCM 01 Questy pour s'auto-évaluer QCM sous forme de tableau 02 QCM 02 Questy pour s'auto-évaluer

Exercices : énoncé et correction a)- Exercice 1 page 268. Identifier une transformation. b)- Exercice 4 page 268. Décrire l’évolution d’un système chimique. c)- Exercice 6 page 268. Ajuster des nombres stœchiométriques. d)- Exercice 13 page 270. Des airbags pour rouler en toute sécurité. e)- Exercice 14 page 270. Brûler des sucres, brûler des graisses.

 

I- Le système chimique.

1)- Transformation chimique et transformation physique.

a)-  Étude d’un briquet contenant du butane : (Alcane de formule brute C₄H₁₀)

-  Dans quel état physique se trouve le butane dans le récipient ?

 

  On appuie sur la valve du briquet  sans actionner la molette :

 

-  Une partie du butane présent à l’état liquide dans le briquet se vaporise et se répand à l’état gazeux dans l’atmosphère.

-  Au cours de cette transformation, les molécules de butane C₄H₁₀ n’ont pas été modifiées.

-  Le butane passe d’un état condensé, l’état liquide à un état dispersé, l’état gazeux.

  La vaporisation du butane est un exemple de transformation physique.

  On appuie sur la valve du briquet tout en actionnant la molette.

 

-  On observe la combustion du butane dans le dioxygène de l’air.

-  Le butane C₄H₁₀ réagit avec le dioxygène O₂ pour donner par combustion complète,

-  du dioxyde de carbone CO₂

_-  et de l’eau H₂O (cette réaction sera étudiée en détail un peu plus tard).

-  Au cours de cette transformation, des espèces chimiques disparaissent (le butane et le dioxygène)

-  et des espèces chimiques apparaissent (le dioxyde de carbone et l’eau).

  La combustion du butane est un exemple de transformation chimique.

b)-  Expérience 2 : Réaction entre la solution aqueuse de sulfate de cuivre II et la soude.

-  On verse quelques gouttes de soude dans un tube à essais contenant une solution aqueuse de sulfate de cuivre II.

-  Il se forme un précipité bleu.

-  Ce précipité est une nouvelle espèce chimique, appelée : hydroxyde de cuivre II.

-  Une transformation chimique a eu lieu

-  Les réactifs sont les ions cuivre II et les ions hydroxyde. Ils sont en solutions.

-  Le produit de la réaction est l’hydroxyde de cuivre II (le précipité). Il se trouve à l’état solide.

c)-  Généralisation.

-  Une transformation chimique a lieu chaque fois qu’une nouvelle espèce chimique apparaît ou chaque fois qu’une nouvelle espèce chimique disparaît.

-  Au cours d’une transformation chimique :

-  les espèces chimiques qui disparaissent sont appelées les réactifs

-  et les espèces chimiques qui apparaissent sont appelées les produits.

d)-  Exemples : transformation chimique ou non ?

-  Fermentation du raisin, ébullition de l’eau, fabrication d’un objet en fer, combustion du butane, …

 

2)- Description d’un système chimique.

-  Un système chimique est un ensemble d’espèces chimiques.

-  Pour décrire l’état du système chimique, à l’échelle macroscopique, il faut indiquer :

-  La nature et la quantité des espèces chimiques qui le composent

-  L’état physico-chimique des espèces chimiques (solide, liquide, gazeux, ions en solution).

-  Les paramètres physiques : la pression P, la température θ (la température absolue T)

 

3)- État initial et état final d’un système chimique.

a)-  Définitions :

-  On appelle état initial (E.I) du système chimique, l’état de ce système avant la transformation chimique.

-  On appelle état final (E.F) du système chimique, l’état de ce système lorsque la transformation chimique est terminée.

-  La transformation chimique permet le passage de l’état initial à l’état final.

b)-  Exemple 2 : réaction entre la soude et la solution de sulfate de cuivre II.

c)-  Conclusion :

-  Lorsque l’évolution d’un système chimique s’accompagne de l’apparition de nouvelles espèces chimiques,

-  le passage de l’état initial à l’état final est une transformation chimique.

 

II- Réaction chimique et équation chimique.

1)- La réaction chimique.

-  Retour sur la réaction entre le sulfate de cuivre II et la soude.

-  On peut simplifier le système chimique et s’intéresser qu’aux espèces chimiques qui participent à la réaction.

-  La transformation chimique qui fait intervenir les réactifs et les produits s’appelle la réaction chimique.

-  Elle modélise la transformation chimique subie par un système chimique.

-  On écrit : la solution de sulfate de cuivre II réagit avec la solution de soude pour donner de l’hydroxyde de cuivre II.

-  On peut écrire plus simplement : les ions cuivre II réagissent avec les ions hydroxyde pour donner de l’hydroxyde de cuivre II.

-  Les ions sodium et les ions sulfate ne participent pas à la réaction mais ils font partie du système chimique.

-  Ce sont des ions spectateurs ou des espèces chimiques spectatrices

-  Exemple : lorsqu’on s’intéresse à la combustion du butane dans l’air.

-  Le système chimique concerné comprend beaucoup d’espèces chimiques différentes.

-  On limite notre étude aux espèces chimiques qui participent à la réaction.

-  Réaction chimique : Le butane brûle dans le dioxygène en donnant du dioxyde de carbone et de l’eau.

-  Le système chimique comprend : le butane, le dioxygène, le dioxyde de carbone et l’eau.

 

2)- Lois de conservation.

-  Conservation des éléments chimiques :

-  Au cours d’une réaction chimique, il y a conservation des éléments chimiques.

-  Les éléments présents dans les réactifs se retrouvent dans les produits.

-  Conservation de la charge : au cours d’une réaction chimique, la charge se conserve.

-  Conservation de la masse : (Lavoisier) :

-  le chimiste français Lavoisier a montré que la masse des réactifs qui disparaissent est égale à la masse des produits qui apparaissent.

 

3)- Écriture d’une équation chimique : nombres stœchiométriques

a)-  L’équation chimique :

-  L’équation chimique  est l’écriture symbolique d’une réaction chimique.

-  Par convention :

-  On écrit les formules des réactifs dans le membre gauche de l’équation chimique

-  On écrit les formules des produits dans le membre droit de l’équation chimique.

-  On sépare les deux membres de l’équation par une flèche.

b)-  Ajustement des nombres stœchiométriques.

-  Ajuster les nombres stœchiométriques d’une équation, c’est choisir ces nombres de manière à traduire la conservation de tous les éléments mis en œuvre.

-  Par convention, le nombre stœchiométrique se place devant la formule de l’espèce chimique.

-  Le nombre stœchiométrique 1 ne s’écrit pas

c)-  Applications : ajustement des nombres stœchiométriques :

-  Le butane brûle dans le dioxygène pour donner du dioxyde de carbone et de l’eau

-  Tableau :

-  Le sulfate de cuivre II réagit avec la soude en donnant un précipité bleu d’hydroxyde de cuivre II.

 

III- Effets thermiques accompagnant une transformation physique ou chimique.

1)- Les changements d’état d’un corps pur :

 

-  Ce sont des transformations physiques qui n’affectent pas la structure des molécules du corps pur.

-  Les changements d’état interviennent sur les interactions entre les molécules appelées liaisons intermoléculaires.

-  Des effets chimiques accompagnent ces changements d’état :

-  Fusion, vaporisation et sublimation absorbent de la chaleur.

-  Inversement, solidification, liquéfaction et condensation à l’état solide dégagent de la chaleur.

 

2)- Cas d’une transformation chimique.

a)-  Dissolution de composés ioniques dans l’eau :

  Expérience :

-  On dispose de 4 solides ioniques :

-  Le chlorure de sodium NaCl (s)

-  Le chlorure de calcium CaCl₂ (s)

-  Le nitrate de potassium KNO₃ (s)

-  Le chlorure de magnésium MgCl₂ (s)

-  Première étape :

-  On dispose de quatre tubes à essais :

-  On verse de l’eau distillée dans les tubes à essais

-  On mesure la température de l’eau distillée dans chaque tube à essais une fois que l’équilibre thermique est réalisé.

 

 

-  Deuxième étape :

-  On verse deux spatules de chlorure de sodium dans le tube A,

-  deux spatules de chlorure de calcium dans le tube B,

-  deux spatules de nitrate de potassium dans le tube C

-  et deux spatules de chlorure de magnésium dans le tube D.

 

-  On ferme les tubes à essais avec un bouchon, on agite jusqu’à dissolution complète des différents solides.

 

-  On enlève les bouchons et on mesure la température des différents tubes à essais.

 

-  Tableau des mesures :

  Conclusion :

-  Lors de la dissolution d’un solide ionique dans l’eau, le système peut absorber ou céder de la chaleur.

-  Le système peut aussi ne pas céder, ni absorber de la chaleur (cas de la dissolution du chlorure de sodium dans l’eau).

-  La dissolution d’un cristal ionique dans l’eau se déroule en 3 étapes :

-  La dissociation des ions du solide ;

-  La solvatation des ions ;

-  La dispersion des ions dans le solvant.

b)-  Cas général des réactions chimiques.

-  Lors d’une réaction chimique, le système peut absorber ou céder de la chaleur.

-  Lorsque des molécules de réactifs disparaissent, des liaisons chimiques sont rompues.

-  Pour rompre les liaisons chimiques le système absorbe de la chaleur ou de l’énergie thermique.

-  Mais lorsque des molécules de produits apparaissent, des liaisons chimiques se forment.

-  Pour former des liaisons chimiques, le système cède de l’énergie.

-  Si le système absorbe plus d’énergie thermique qu’il n’en cède,

-  on dit que la réaction chimique est endothermique,

-  globalement elle absorbe de la chaleur

-  (c’est le cas de la réaction entre l’hydroxyde de baryum hydraté et le thiocyanate d’ammonium)

-  Si le système absorbe moins d’énergie thermique qu’il n’en cède,

-  on dit que la réaction chimique est exothermique,

-  globalement elle cède de la chaleur

-  (c’est le cas de la combustion du butane dans le dioxygène)

- Si le système absorbe autant d’énergie thermique qu’il n’en cède,

-  on dit que la réaction chimique est athermique,

-  globalement elle ne cède ni absorbe de la chaleur.

-  C’est le cas de la réaction d’estérification.

-  Les effets thermiques qui accompagnent les réactions chimiques ont de nombreuses applications domestiques et industrielles.

3)- Cas d’une transformation physique.

-  Les transformations physiques fusion, vaporisation et sublimation absorbe de l’énergie thermique du milieu extérieur qui se refroidit.

-  Les transformations physiques inverses, solidification, liquéfaction et condensation, cèdent de l’énergie thermique au milieu extérieur qui se réchauffe.

►  Sueur et effet thermique :

-  Lors d’un effort physique, la sueur, en s’évaporant, absorbe une partie de la chaleur produite par le corps et permet ainsi d’abaisser sa température.

-  L’activité physique provoque une augmentation de la température du corps.

-  La transpiration, grâce à la production de sueur par les glandes sudoripares, permet de maintenir le corps à une température quasiment constante, voisine de 37 ° C.

-  Au cours d’un effort physique, un muscle produit de l’énergie thermique.

-  Celle-ci doit être évacuée afin que la température du muscle n’augmente pas trop.

-  Les glandes sudoripares prélèvent de l’eau dans l’organisme et l’eau absorbe l’énergie thermique produite par le muscle.

-  En arrivant à la surface de la peau, une partie de l’énergie thermique transportée par l’eau est libérée dans la peau qui s’échauffe.

-  Une autre partie de l’énergie thermique est libérée à l’extérieur.

-   L’eau sortant de la peau par les pores (la sueur) se vaporise.

-  Cette transformation physique absorbe de l’énergie thermique et permet ainsi d’abaisser la température  de la couche supérieure de la peau et du corps.

  Expérience :

-  Un tissu imbibé d’eau distillée remplace le vêtement mouillé et le ventilateur remplace des courants d’air.

-  On imbibe d’eau distillée un morceau de tissu de coton.

-  On entoure un thermomètre avec le morceau de tissu mouillé et un autre thermomètre avec un morceau de tissu sec.

-  On mesure les températures initiales du morceau de tissu mouillé et du morceau de tissu sec.

-  On met en route le ventilateur, puis en relève les températures finales après 10 min de fonctionnement.

-  On remarque qu’au cours de l’expérience, la température du tissu  mouillé diminue. Alors que celle du tissu sec reste pratiquement constante.

-  Ceci vient du fait que l’eau contenue dans le tissu mouillé s’évapore et absorbe de l’énergie thermique.

-  En conséquence, « la sensation de froid » se traduit par une baisse de température du vêtement mouillé.

IV- Applications.

1)- QCM : Pour chaque question, indiquer la ou les bonne(s) réponse(s).

QCM Sous forme de tableau 01 QCM 01 Questy pour s'auto-évaluer QCM sous forme de tableau 02 QCM 02 Questy pour s'auto-évaluer

 

2)- Exercices : Exercices : énoncé et correction

a)- Exercice 1 page 268. Identifier une transformation.

b)- Exercice 4 page 268. Décrire l’évolution d’un système chimique.

c)- Exercice 6 page 268. Ajuster des nombres stœchiométriques.

d)- Exercice 13 page 270. Des airbags pour rouler en toute sécurité.

e)- Exercice 14 page 270. Brûler des sucres, brûler des graisses.