EVOLUTION DE LA MASSE AU COURS D UNE TRANSFORMATION CHIMIQUE.

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1 Niveau 4 ème Dcument du prfesseur 1/6 Physique - Chimie EVOLUTION DE LA MASSE AU COURS D UNE TRANSFORMATION CHIMIQUE. Prgramme A - De l air qui nus enture à la mlécule Cette séance expérimentale illustre la partie de prgramme ci-dessus, parue dans l'annexe IV à l'arrêté du 6 avril 2007 publié au BO hrs série n 6 du 19 avril 2007, afin de tenir du scle cmmun de cnnaissances et de cmpétences au cllège ( B.O. n 29 du 20 juillet 2006). Cnnaissances Capacités Exemples d'activités LES ATOMES POUR COMPRENDRE LA TRANSFORMATION CHIMIQUE Lrs des cmbustins, la disparitin de tut u partie des réactifs et la frmatin de prduits crrespndent à un réarrangement d'atmes au sein de nuvelles mlécules. Réaliser des mdèles mléculaires pur les réactifs et les prduits des cmbustins du carbne, du butane et/u du méthane (aspect qualitatif et aspect quantitatif). Illustratin à l'aide de mdèles mléculaires cmpacts u de simulatins des réactifs et des prduits des deux u tris réactins chimiques suivantes : - carbne + dixygène dixyde de carbne ; Les atmes snt représentés par des symbles, les mlécules par des frmules (O 2, H 2 O, CO 2, C 4 H 10 et/u CH 4 ). L'équatin de la réactin précise le sens de la transfrmatin. Les atmes présents dans les prduits (frmés) snt de même nature et en même nmbre que dans les réactifs. Utiliser les langages scientifiques à l écrit et à l ral pur interpréter les frmules chimiques Écrire les équatins de réactin pur les cmbustins du carbne, du butane et/u du méthane et expliquer leur significatin (les atmes présents dans les prduits frmés snt de même nature et en même nmbre que dans les réactifs). - butane + dixygène dixyde de carbne + eau ; - méthane + dixygène dixyde de carbne + eau. Utilisatin d un lgiciel de présentatin de mlécules. [B2i] La masse ttale est cnservée au curs d'une transfrmatin chimique. [Technlgie : les matériaux] Illustratin de la cnservatin de la masse sur l exemple de la réactin, en flacn étanche, du carbnate de calcium avec de l'eau acidifiée. Mts-clé Transfrmatin chimique Atmes Réactifs Prduits Masse transfrmatin chimique. (page1)

2 Liste de matériel Pste élève Référence Becher frme basse en verre brsilicaté Agitateur manuel en verre Balance élève Balance bureau Une pile 4,5 V Dispsitif à cmbustin Bcal à cmbustin Laine de fer Acide chlrhydrique à 0,1 ml.l Buteille de dixygène Mandétendeur Charit pur buteille de gaz Dcument du prfesseur 2/6 Remarques, astuces La réactin chimique et la transfrmatin chimique. Les deux termes, quique très prches, désignent cependant deus situatins chimiques différentes ; il faut au préalable définir un «système chimique». Un système chimique est un mélange d espèces chimiques qui peut se décrire, à ntre échelle, par la nature et la quantités des espèces en présence, leur état physique (slide, liquide u gazeux), la température et la pressin. Lrsque ce système évlue pur frmer des espèces nuvelles, le passage de l état initial à l état final s appelle une transfrmatin chimique Exemple : écrire que le mélange gazeux «dihydrgène et air» (dans des prprtins crrectes) explse en dnnant de l eau liquide et laisse le diazte gazeux intact, c est exprimer une transfrmatin chimique Cette transfrmatin dit puvir se mdéliser : c est le rôle de la réactin chimique qui traduit la transfrmatin chimique, tujurs à l état macrscpique. Dans l exemple précédent, le diazte ne participe pas à la transfrmatin : il ne dit pas apparaître dans la réactin chimique qui exprime en tutes lettres ce qui s est réellement passé. Ainsi la réactin chimique s écrit : Dihydrgène (g) + dixygène (g) eau (l) La réactin chimique se traduit par «réactifs» «prduits» (en tutes lettres) La réactin chimique peut ensuite se mdéliser par l équatin chimique qui utilise symbles et frmules. Ainsi, dans le cas présent, l équatin chimique symblisant la réactin chimique qui mdélise la transfrmatin chimique s écrit : 2 H 2 (g) + O 2 (g) 2 H 2 O (l) Les prfesseurs s attachernt dnc à faire la différence entre ces termes sachant qu au cllège n ne fera pas intervenir l état physique des espèces, pas plus que la température u la pressin. A l issue de cette séance, il paraît difficile de ne pas citer la phrase de Lavisier : rien ne se perd, rien ne se crée, tut se transfrme. Lrs des mesures de masse, il faut être vigilant pur ne pas dépasser la prtée maximale de la balance. En effet, de nmbreux cllèges dispsent de balances élèves avec une précisin de 0,1 g mais avec une prtée maximale de 200 g. transfrmatin chimique. (page2)

3 Dcument du prfesseur 3/6 Le thème de cnvergence n 4 sur Mde de pensée statistique dans le regard scientifique sur le mnde peut être intégré dans ce TP. En effet, il se peut qu au curs du TP, les mesures de masses initiales et finales d un u deux grupes aient varié de 0,1 g. La mutualisatin des mesures des autres grupes permettra d avir un éventail de mesures plus large et dnc de cnclure de façn chérente. Lrs de la cmbustin du fer dans le dixygène, il faut penser à verser du sable dans le fnd du récipient. En effet, il est abslument nécessaire d éviter que les ndules d xyde magnétique de fer ne sient en cntact direct avec le verre sus peine de risques imprtants de fêlures. En utre, dans le cadre des mesures, les élèves divent prendre l habitude d écrire les résultats avec le même nmbre de décimales même si cette partie est nulle. Exemple : l écriture M 1 = 68,4 g et M 2 = 24 g n est pas satisfaisante En effet, pur le lecteur, la questin se pse de savir si la pesée de M 2 a été réalisée avec la même précisin que celle ayant permis de mesurer M 1 (balance au décigramme u au gramme). Il faut dnc insister auprès des élèves pur que chaque partie décimale s écrive avec la même précisin. Ainsi il cnvient d écrire M 1 = 68,4 g et M 2 = 24,0 g. Cette pratique peut également être rattachée au thème de cnvergence cité ci-dessus car n ne peut cmparer que ce qui est cmparable! Cncernant l expérience avec la paille de fer que seul le prfesseur réalise, il est préférable d utiliser une pile neuve de 4,5 vlts pur enflammer la paille de fer plutôt qu une alimentatin classique car sit celleci est détruite, sit sn fusible de prtectin «grille», sit elle se met en défaut autmatiquement cmme c est le cas pur les alimentatins «de la série Elégance. Pistes d évaluatin Expérimentales Thériques Utilisatin crrecte de la balance. Lecture crrecte des mesures affichées par la balance. Unité crrecte. Savir déterminer une relatin mathématique simple. Savir identifier les réactifs et prduits dans une transfrmatin chimique. Savir écrire un bilan. Savir mettre en relatin ses cnnaissances et les situatins nuvelles afin de truver une cnclusin chérente. transfrmatin chimique. (page3)

4 Nm : Prénm : Classe : Dcument du prfesseur 4/6 Physique - Chimie ÉVOLUTION DE LA MASSE AU COURS D UNE TRANSFORMATION CHIMIQUE. Objectif : Réaliser des transfrmatins chimiques afin de cmparer la masse des prduits à celle des réactifs. ACTIVITÉ 1 : RAPPEL SUR LES TRANSFORMATIONS PHYSIQUES. LA MASSE VARIE-T-ELLE LORS D UNE TRANSFORMATION PHYSIQUE? Exercice : la fusin d un glaçn Un glaçn est placé dans un récipient étanche dans une salle de classe. L ensemble est pesé : la masse lue sur la balance vaut 35,2 g. 1 ) Que va subir le glaçn? Le glaçn va fndre. L eau du glaçn va passer de l état slide à l état liquide, elle subit une fusin. 2 ) Une fis le changement d état terminé, le récipient étanche avec sn cntenu est pesé après avir été essuyé à l extérieur pur enlever la buée qui s est frmée sur le verre. Enturer la masse qui va s afficher sur la balance : 30,5 g 35,2 g 38,7 g 3 ) Expliquer la répnse. Au curs d un changement d état, il n y a ni gain ni perte de masse, la matière est cnservée 4 ) La masse a-t-elle varié lrs de la transfrmatin physique de l eau? OUI NON Manipulatin : fabriquer de l eau sucrée. Verser une certaine quantité d eau dans un bécher, placer l agitateur à l intérieur. Peser l ensemble (bécher + agitateur + eau) : M 1 = 170,2 g. Peser le mrceau de sucre seul : M 2 = 5,0 g. Placer alrs le sucre dans l eau et agiter. 1 ) Que subit le sucre au curs de l agitatin? Le sucre va se mélanger parfaitement à l eau, il passe en slutin. Il subit une disslutin. 2 ) Réaliser ensuite une nuvelle pesée (bécher + agitateur + slutin sucrée) : M = 175,2g 3 ) Existe-t-il une relatin entre les tris masses M, M 1 et M 2? Si ui, l écrire : M = M 1 + M 2. Le sucre bien qu il ne sit plus visible, est tujurs présent, sa masse est cnservée. 4 ) Le sucre a-t-il disparu? OUI NON Cnclusin : Au curs des transfrmatins physiques que snt les changements d état et la disslutin, la masse des substances mises en jeu est cnservée. On peut dnc dire que la matière ne disparaît pas au curs d une transfrmatin physique. Les transfrmatins précédentes étaient des transfrmatins physiques : la nature des cmpsés n était pas mdifiée. Par exemple, le sucre n a pas disparu : il est simplement dispersé dans l eau. Qu en est-il au curs d une transfrmatin chimique ù des cmpsés disparaissent (les réactifs) alrs que d autres apparaissent (les prduits). La masse évlue-t-elle? transfrmatin chimique. (page4)

5 Dcument du prfesseur 5/6 ACTIVITÉ 2 : LES TRANSFORMATIONS CHIMIQUES. LA MASSE VARIE-T-ELLE AU COURS D UNE TRANSFORMATION CHIMIQUE? 1. Actin de l acide chlrhydrique dilué sur une craie (calcaire) a. Objectif : Cmparer la masse des réactifs avec celle des prduits au curs de cette transfrmatin chimique. Remarque : cette étude dit se faire en milieu fermé. b. Quelques questins : - Quels snt les réactifs de cette transfrmatin chimique? Les réactifs snt : l eau acidifiée et le calcaire. - Pur quelle raisn faut-il réaliser cette transfrmatin chimique en milieu fermé? En réalisant cette transfrmatin chimique en milieu fermé, les prduits frmés au curs de la réactin ne peuvent pas s échapper ; leur masse peut dnc être mesurée intégralement et cmparée à celle des réactifs. c. Expérience : - Placer un mrceau de craie dans le gult d une buteille en plastique cntenant un peu d acide chlrhydrique dilué en prenant sin de la cucher et fermer la hermétiquement par sn buchn. - Peser l ensemble (buteille cntenant l acide et la craie) en maintenant bien la buteille cuchée pur que la craie ne tmbe pas dans l acide : M 1 = 54.3 g (par exemple). - Redresser maintenant la buteille ce qui fait tmber la craie dans l acide et déclenche la transfrmatin chimique. Qu bservezvus dans la buteille? Un dégagement gazeux a lieu, la craie et l acide réagissent ensemble. La craie disparaît-elle? En effet, la craie disparaît. - Lrsque la transfrmatin chimique est achevée, peser la buteille sans l uvrir : M 2 = 54,3 g. (par exemple) d. Schéma de l expérience et cnclusin : Cmpléter les pintillés du schéma et indiquer les masses M 1 et M 2. Cmparer les masses M 1 et M 2 : Les masses des réactifs M 1 et la masse des prduits M 2 snt égales. Sachant qu il s est frmé du dixyde de carbne et du carbnate de calcium, écrire la réactin chimique traduisant la transfrmatin chimique bservée : calcaire + acide chlrhydrique dixyde de carbne + carbnate de calcium en slutin Cmpléter la phrase suivante : Au curs de la transfrmatin chimique précédente, la masse des réactifs est égale à la masse des prduits. transfrmatin chimique. (page5)

6 2 - La cmbustin du métal fer dans le dixygène pur en milieu fermé. CETTE RÉACTION EST RÉALISÉE PAR LE PROFESSEUR Dcument du prfesseur 6/6 a. Objectif : Cmparer la masse des réactifs avec celle des prduits au curs de cette transfrmatin chimique. b. Une questin : Quels snt les réactifs de cette transfrmatin chimique? Les réactifs de cette transfrmatin chimique snt : le fer et le dixygène c. Schéma de l expérience : Sur le schéma ci-cntre, cmpléter les pintillés et indiquer les masses M 1 et M 2. d. Cnclusin Cmparer les masses M 1 et M 2 : Les masses M 1 des réactifs et M 2 des prduits snt les mêmes. Cnnaissant les réactifs et le prduit, écrire la réactin chimique traduisant la transfrmatin chimique : fer + dixygène xyde magnétique de fer Cmpléter la phrase suivante : Au curs de la transfrmatin chimique précédente, la masse des réactifs est égale à la masse des prduits. 3 Analyse des résultats. Au curs des transfrmatins chimiques précédentes, des cmpsés nt-ils disparu? Si ui, les citer : - transfrmatin chimique 1 : la craie et de l eau acidifiée - transfrmatin chimique 2 : le fer et le dixygène La matière cnstituant ces cmpsés a-t-elle disparu? Justifier vtre répnse. La matière cnstituant ces cmpsés n a pas disparu car : - celle-ci a été utilisée pur prduire de nuveaux cmpsés - en utre, la masse des réactifs est parfaitement égale à la masse des prduits. Ainsi, aucune matière n a disparu. Quelles snt les particules qui cnstituent la matière? Les atmes Ces derniers nt-ils disparu u nt-ils été cnservés? Les atmes nt été cnservés. Cnclusin générale : (cmpléter les pintillés) Au curs d une transfrmatin chimique, la masse des réactifs est égale à celle des prduits En effet, les atmes snt cnservés, seul leur arrangement au sein de la matière est mdifié. C est ainsi que les atmes présents dans les réactifs snt cnservés dans les prduits. transfrmatin chimique. (page6)