Chapitre 1 : Propriétés physiques des gaz

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1 Chapitre 1 : Propriétés physiques des gaz 1. Vrai ou faux (corrigez lorsque c est faux!). a) Les gaz sont constitués de particules extrêmement petites et très près les unes des autres. b) Les particules de gaz sont continuellement en mouvement. Elles se déplacent en ligne droite, de manière aléatoire, dans toutes les directions. c) Lorsqu une particule de gaz rencontre un obstacle, elle rebondit et perd de l énergie. d) L énergie cinétique moyenne des particules de gaz dépend du nombre de particules. 2. Lequel des énoncés suivants est en accord avec la théorie cinétique des gaz? a) Le volume occupé par une particule de gaz est nulle. b) Au cours d'une collision, de l'énergie peut être transférée d'une particule de gaz à une autre. c) À une température donnée, les particules de gaz se déplacent toutes à la même vitesse. d) Puisque les particules de gaz sont capables de tourner sur elles-mêmes, leur trajectoire est courbe. 3. Soit les gaz suivants, aux mêmes conditions de température et de pression : HI, ClO 2, Cl 2, Kr (attention, le «I» représente l iode). Classez ces gaz en ordre croissant de vitesse de diffusion. a) ClO 2, Cl 2, Kr, HI. b) Kr, Cl 2, HI, ClO 2. c) HI, Kr, ClO 2, Cl 2. d) HI, Kr, Cl 2, ClO Lequel de ces facteurs détermine la pression d'un gaz? a) Les collisions des particules de gaz. b) La vitesse des particules de gaz. c) L'énergie cinétique des particules de gaz. d) L'espace entre les particules de gaz.

2 5. Deux seringues identiques contiennent chacune le même nombre de particules de gaz, les deux aux mêmes conditions de température et de pression. La première seringue contient du dioxyde de carbone et la deuxième contient du dioxyde de soufre. Lequel des énoncés suivants est vrai? a) Les molécules de dioxyde de carbone frappent le piston de la seringue plus fort que les molécules de dioxyde de soufre. b) Les molécules de dioxyde de carbone frappent le piston de la seringue plus souvent que les molécules de dioxyde de soufre. c) Les molécules de dioxyde de carbone frappent le piston de la seringue le même nombre de fois que les molécules de dioxyde de soufre. d) Les molécules de dioxyde de carbone frappent le piston de la seringue avec la même force que les molécules de dioxyde de soufre. 6. Deux contenants identiques renferment chacun deux moles de gaz aux mêmes conditions de température et de pression. L'un contient du diazote et l'autre, du dioxygène. Lequel des énoncés suivants est faux? a) Il y a le même nombre de molécules de diazote et de dioxygène. b) La masse du diazote est différente de la masse du dioxygène. c) Les molécules subissent le même nombre de collisions dans chacun des contenants. d) L'énergie cinétique moyenne de chacun des gaz est la même. 7. Marc enferme une certaine quantité d hélium dans un ballon de caoutchouc. Il attache ensuite le ballon à l aide d un nœud solide. Indiquez le changement de volume qui résulte de chacune des actions suivantes. Expliquez chacune de vos réponses en précisant les variables mises en jeu et la relation qui existe entre elles. Action Augmentation ou diminution du volume Identification du deuxième facteur en cause Relation directement ou inversement proportionnelle a) Marc perce le ballon b) Marc lâche le ballon dans l atmosphère c) Marc dépose de la glace sèche sur le ballon d) Marc ajoute de l air dans le ballon

3 8. Complète le tableau Phase Forme Solide Liquide Gaz Déterminée a) Indéterminée Volume b) Déterminé c) Compressibilité Nulle d) Grande Masse volumique Très grande grande e) Arrangement f) Types de mouvement Vibrations g) h) Forces de liaisons i) Faibles Nulles Ordre j) un peu ordonné k) 9. On évalue la vitesse de diffusion d un gaz inconnu à 31,5 ml/min. Dans des conditions expérimentales identiques, la vitesse de diffusion de l oxygène (O 2 ) est de 30,5 ml/min. Parmi les gaz suivants, CH 4, CO, NO, CO 2 et NO 2, lequel est le gaz inconnu? 10. Sachant que la vitesse moyenne des molécules de dihydrogène (H2) à 0 C est de 1,8 km/s, quelle serait la vitesse moyenne des molécules de méthane (CH4) à cette température? (plus grande, plus petite ou la même) 11. Calcule le rapport de la vitesse moyenne d une molécule de CO 2 et de la vitesse moyenne des molécules de O Sachant que la vitesse moyenne des molécules d azote est de 0,49 km/s, détermine si la vitesse moyenne des molécules d hélium est plus grande, plus petite ou la même que celle de l azote à cette température.

4 13. À 0 C, les vitesses de déplacement des molécules d hydrogène, de dioxyde de carbone, d oxygène et d hélium sont de 390 m/s, 460 m/s, 1310 m/s et 1790 m/s. Pour chacun de ces gaz, associe la vitesse de déplacement de ses particules. 14. Dans un cinéma, deux terroristes ont placé des fioles contenants du gaz. L une contient du phosgène asphyxiant (COCl 2 ) et l autre du gaz hilarant (N 2 O). Sachant que les fioles, placées au même endroit, sont ouvertes en même temps, quel était l intention des terroristes dans cet attentat? Chapitre 2 : Le comportement des gaz Partie 1 1) Un volume de 7,00 L de dioxygène gazeux a une pression de 100 kpa. En conservant la température et le nombre de moles constants, on comprime le volume à 2,00 L. Quelle sera la nouvelle pression? 2) À une pression de 101 kpa et une température de 20,0 C, du dioxyde de carbone s échappe d une seringue. Au départ, il y avait 0,0100 mole pour un volume de 224,0 ml. Le volume final est de110,0 ml. Quelle est la nouvelle quantité de gaz dans la seringue? 3) On refroidit un gaz à 10,0 C et on mesure une pression de 100 kpa. La température initiale du gaz était de 20,0 C. Quelle était sa pression initiale? 4) À une température de 20,0 C, on a un volume de 20,0 L. On augmente ce volume à 35,0 L. Quelle sera la température du gaz? 5) On observe que 15,0 moles de diazote gazeux occupent un volume de 6,00 L. En conservant la température et la pression constantes, on ajoute 5,00 moles du diazote gazeux. Quel sera le nouveau volume occupé par le diazote gazeux? 6) À une température de 50,0 K, et une pression de 101,3 kpa, 3,00 moles de dihydrogène gazeux occupent un volume de 24,0 L. On augmente la température à 125 K et on laisse les autres facteurs constants. Quel est le nouveau volume occupé par le dihydrogène? 7) 2,00 moles de dichlore occupent un volume de 44,8 L lorsque la température est de 0,00 C et la pression de 96,0 mm de Hg. On maintient le volume de ce gaz constant et on diminue la température à 250 K. Quelle sera la nouvelle pression? 8) Un volume de 20,0 L d hélium a une pression de 50,0 kpa. On augmente la pression à 120 kpa tout en maintenant les autres facteurs constants. Quel sera le nouveau volume occupé par l hélium?

5 Partie 2 1) Un soir d hiver la température extérieure est de -35,0 C, un camionneur gonfle ses pneus jusqu à une pression de 200 kpa. Le lendemain la température atteint 14,0 C. La pression maximale que les pneus peuvent supporter est de 250 kpa. Les pneus résisteront-ils? 2) La température du corps humain est de 37,5 C et la pression à l intérieur du côlon est de 110,4 kpa. Certains légumes émettent 1,00 mole de méthane. Quel sera le volume de la flatulence due au méthane? 3) Un réservoir contient de l ammoniac gazeux sous une pression de 300 kpa à 20,0 C. Dans un autre réservoir identique, 15,0 moles d ammoniac gazeux créent une pression de 600 kpa à 20,0 C. Combien y a-t-il de moles de gaz dans le premier réservoir? 4) À une température de 298 K, on insère 15,0 moles d azote gazeux dans une bonbonne. La pression interne est de 360 mm de Hg. Quel volume occupera le gaz? 5) On comprime 55,0 moles de dioxygène dans un récipient rigide de 30,0 L. La pression lue sur le manomètre est de 550 kpa. Quelle est la température du dioxygène? 6) Dans un récipient de 10,0 L, on place une certaine quantité de gaz qui produit une pression de 220 kpa à 100 C. Quelle est la quantité de gaz dans le récipient? 7) À une température de 35,0 C, 60,0 L de gaz hilarant exerce une pression de 150 kpa. On chauffe le gaz jusqu à 200 C et on diminue le volume du gaz jusqu à 25,0 L. Quelle sera la nouvelle pression? 8) On insère 3,00 moles de dihydrogène, 5,00 moles de diazote et 4,00 moles d argon dans une bonbonne de 25,0 L à 25,0 C. Quelle sera la pression dans la bonbonne? 9) Un récipient contient 3 gaz: 6,00 moles de propane, 5,00 moles de méthane et 7,00 moles d acétylène. La pression du mélange est de 250 kpa. Quelle est la pression partielle de l acétylène? 10) Un contenant ayant un volume de 30,0 L contient 4,00 moles de dioxyde de carbone et 8,00 moles de dioxygène à une température de 77,0 C. Quelle est la pression exercée par le dioxygène? 11) Un ballon d anniversaire contient 2,00 L d hélium à 21,0 C et 101,3 kpa. On le laisse s envoler à l extérieur à - 30,0 C. Il atteint une hauteur où la pression est 3 fois inférieure à la pression initiale. Quel est le nouveau volume occupé par le gaz? 12) Un ballon météorologique contient L d hélium. La température au sol est de 18,0 C et la pression atmosphérique de 101,3 kpa. À 3,00 km d altitude, la température est de 5,00 C et la pression de 91,0 kpa. Quel sera le volume d hélium à cette altitude? 13) Un gaz idéal occupe 25,4 L à 25,0 C. La température est portée à 50,0 C tout en conservant la pression constante. Que devient le volume du gaz? 14) À 25,0 C, un gaz occupe un volume de 250 ml sous une pression de 101,3 kpa. Une fois chauffé, ce gaz occupe un volume de 275 ml sous une pression de 121,2 kpa. À quelle température a-t-on chauffé le gaz?

6 15) Une certaine quantité de gaz a un volume de 6,40 L, mesuré à 65,0 C sous une pression atmosphérique 2 fois supérieure à la normale. Combien de moles de gaz subissent ces conditions? 16) Un échantillon de dioxyde de soufre gazeux occupe un volume de 0,450 L sous une pression de 202 kpa à une température de 182 C. On double la pression et on diminue de moitié la température (en C). Que devient le volume du gaz? Chapitre 3 : Les propriétés chimiques des gaz 1) Un gaz à 25,0 C a une pression de 101,3 kpa. Quel est son volume molaire? 2) Un cylindre contient un mélange gazeux fait de 64,0 g de dioxygène (O 2 (g)), de 1,00 mole d argon (Ar (g)) et de 60,0 g de néon (Ne (g)). La pression totale exercée par ce mélange est de 300 kpa. Quelle est la pression exercée par chaque gaz? 3) À une température de 25,0 C et une pression de 101,3 kpa, 372 g d éthanol (C 2 H 5 OH (l)) s évapore. Quel volume occupe l éthanol gazeux (C 2 H 5 OH (g))? 4) Un contenant de 2,50 L est rempli de dioxyde d azote (NO 2 (g)) à une pression de 220 kpa et à une température de 47,0 C. Quelle est la masse de dioxyde d azote (NO 2 (g))? 5) Un échantillon de dioxygène gazeux (O 2 (g)) pèse 6,40 g. À la même température et à la même pression, un volume identique d un gaz inconnu pèse 30,0 g. Quelle est la masse molaire du gaz inconnu? 6) Dans un récipient de 20,0 L, on place une certaine quantité de dioxygène gazeux (O 2 (g)) qui produit une pression de 150 kpa à 24,0 C. Quelle est la masse du dioxygène gazeux (O 2 (g)) dans le récipient? 7) À une température de 27,0 C, 0,400 g d un gaz inconnu exerce une pression de 50,0 kpa et occupe un volume de 5,00 L. Quel est ce gaz inconnu? 8) Une chimiste recueille 7,29 ml de gaz à 8,00 C et à 100,8 kpa. Il augmente la température à 22,0 C et la pression à 114,3 kpa. Quel volume occupera ce gaz? 9) On peut obtenir du diazote (N 2 ) en faisant la réaction chimique suivante: NH 3 (g) + Cl 2 (g) > NH 4 Cl (g) + N 2 (g) On fait réagir 34,0 g d ammoniac (NH 3 (g)) avec du chlore (Cl 2 (g)) à TPN. Quel volume de diazote (N 2 (g)) a-t-on produit? 10) On a la réaction chimique suivante: C 2 H 2 (g) + O 2 (g) > CO 2 (g) + H 2 O (g) On veut faire réagir 89,6 L d acétylène (C 2 H 2 (g)) à TPN. Quel volume de dioxygène (O 2 (g)) a-ton besoin?

7 11) On a la réaction chimique suivante: NH 3 (g) + HCl (g) > NH 4 Cl (g) À TPN, on fait réagir 67,2 L d ammoniac (NH3 (g)) avec 182,5 g de chlorure d hydrogène (HCl (g)). Quel sera le volume de gaz en excès à la fin de la réaction? 12) On a la réaction chimique suivante: HCl (g) + O 2 (g) > Cl 2 (g) + H 2 O (g) À TPN, on fait réagir 179,2 L de chlorure d hydrogène gazeux (HCl (g)) avec un excès de dioxygène gazeux. Quel volume de dichlore (Cl 2 (g)) a-t-on produit? 13) À 134 C, une fiole de 345 ml contient 0,450 g d un gaz inconnu à l état pur. La pression du gaz est de 120 kpa. Quelle pourrait être la nature du gaz? 14) On peut produire du dioxygène gazeux (O 2 (g)) à partir de la décomposition du monoxyde de mercure (HgO): HgO (s) > Hg (l) + O 2 (g) On décompose 4,10 g d oxyde de mercure (HgO (s)) à 30,0 C et 96,7 kpa. Quel volume de dioxygène gazeux (O 2 (g)) a-t-on produit?

8 Corrigé : Chapitre 1 : Les propriétés physiques des gaz 1. a) Faux, elles sont très espacées b) Vrai c) Faux, sans perdre d énergie d) Faux, dépend de la température 2. b) 3. d) 4. a) 5. b) 6. c) 7. a) diminution, nombre de moles, directement b) augmentation, pression, inversement c) diminution, température, directement d) augmentation, nombre de moles, directement 8. a) indéterminée b) déterminé c) indéterminé d) nulle e) très faible f) (billes espacées) 9. NO 10. Plus petite 11. v CO2 = 0,85v O2 12. plus grande 13. H : 1790 m/s CO 2 : 390 m/s O : 460 m/s He : 1310 m/s 14. Que les gens meurent avec le sourire g) vibrations et rotations h) vibrations, rotations et translations i) très fortes j) très ordonné k) désordre Chapitre 2 : Le comportement des gaz Partie 1 1) P 2 = 350 kpa 2) n 2 = 0,00491 mol 3) P 1 = 104 kpa 4) T 2 = 513 K 5) V 2 = 8,00 L 6) V 2 = 60,0 L 7) P 2 = 87,9 mm de Hg 8) V 2 = 8,33 L

9 Partie 2 1) Oui, parce que 241 kpa < 250 kpa 2) V = 23,4 L 3) n = 7,50 moles 4) V = 774 L 5) T = 36,10 K = C 6) n = 0,710 mol 7) P 2 = 553 kpa 8) P = 1,19 x 10 3 kpa 9) P = 97,2 kpa 10) P O2 = 776 kpa 11) V 2 = 4,96 L 12) V 2 = 37,2 kl 13) V 2 = 27,5 L 14) T 2 = 392 K 15) n = 0,462 mol 16) V 2 = 0,180 L Chapitre 3 : Les propriétés chimiques des gaz 1) V/n = 24,5 L/mol 2) P O2 = 100 kpa ; P Ar = 50,0 kpa ; P Ne = 150 kpa 3) V = 198 L 4) m = 9,51 g 5) M inconnue = 150 g/mol 6) m = 38,9 g 7) Hélium (He) 8) V 2 = 0,00675 L = 6,75 ml 9) V N2 = 5,60 L 10) V O2 = 224 L 11) V HCl = 44,8 L 12) V Cl2 = 89,6 L 13) Chlorure d hydrogène (HCl) 14) V O2 = 0,246 L = 246 ml