Chap2 L'air un mélange de molécules.

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1 Chap2 L'air un mélange de molécules. Items Connaissances Acquis Composition de l air Le dioxygène est nécessaire à la vie. Distinction entre un gaz et une fumée. Appareil de mesure de la pression. L'unité de pression. Un gaz possède-t-il une masse? Masse d un litre d air dans les conditions usuelles de température et de pression. Capacité C3.1.1 Extraire d un document les informations relatives à la composition de l air et au rôle du dioxygène. Proposer une expérience pour mettre en évidence le caractère compressible de l air. Valider ou invalider une hypothèse. C3.1.2 Mesurer une pression. C3.1.2 Mesurer des volumes ; mesurer des masses. C3.1.2 Comprendre qu'à une mesure est associée une incertitude (liée aux conditions expérimentales). I. La composition de l air. Activité 1 p 28 : Comment l'atmosphère est-elle constituée? 1. L air est constitué essentiellement de diazote, de dioxygène et d argon. 2. Il y a aussi un peu de vapeur d eau et d ozone : contrairement à celles des gaz précédents, leurs proportions peuvent varier. 3. Dans la troposphère, la température et la pression diminuent quand l altitude augmente. 4. L ionosphère commence à partir de 100 km d altitude. 5. L angle correspondant au diazote est égal à : 360 0,78 = 280. Pour le dioxygène, l'angle est égal à : 360 0,21 = 75 ; Pour l'argon, 3,6. 6. L atmosphère est constituée d un mélange de gaz où l on trouve essentiellement du diazote pour 78 % et du dioxygène pour 21 %. Elle est répartie en 4 couches dans lesquelles la température et la pression varient : la pression diminue quand l altitude augmente, alors que la température diminue, augmente puis diminue à nouveau. Conclusion: L air est un mélange constitué d environ 80 % (4/5) de diazote et de 20 % (1/5) de dioxygène. Représentation d un volume d air: Dioxygène Exercice : Remue méninges Diazote Page 1 sur 8

2 22p40 : La suite des évènements. L agitation moléculaire va être à l origine de la diffusion des deux gaz l un dans l autre, donc au final, du mélange de ces gaz. II. Le dioxygène, un gaz indispensable. AE : test de reconnaissance du dioxygène. Schéma Observations Buchette incandescente Dioxygène La bûchette incandescente se rallume Eprouvette Conclusion: Le dioxygène pur peut être mis en évidence par le test de la buchette incandescente. C est le gaz nécessaire à la vie et aux combustions. Exercices** 17p39 : Analyse de l air 1. La cloche à gaz sert à isoler une certaine quantité d air du reste de l atmosphère. 2. Le mercure a réagi avec le dioxygène de l air : Lavoisier a appelé le dioxygène l «air» salubre. Il ne reste plus que du diazote dans la cloche à gaz. 19p39 : pour aller plus loin (avec internet) 1. Le gaz contenu dans cette eau gazeuse est du dioxyde de carbone (ou gaz carbonique) car il trouble l eau de chaux. 2. Le schéma d met en évidence le dioxygène qui ravive la combustion de la bûchette. 3. Sous l action de la lumière, les élodées transforment le dioxyde de carbone en dioxygène. 4. Recherche sur la synthèse chlorophyllienne : on l appelle aussi photosynthèse. Voir les liens proposés sur le site Page 2 sur 8

3 III. Compressibilité de l air et pression. La pression, notée P d'un gaz se mesure avec un manomètre parfois appelé un baromètre. L'unité légale de pression est le pascal noté Pa. La pression atmosphérique normale est égale à 1013 hpa, avec 1hPa = 100Pa On utilise également le Bar, avec 1bar = 1000hPa = Pa AE : Mesurer la pression d un gaz. 1. Compression Ouvre le robinet Déplace le piston de la seringue pour faire entrer un volume d air de 30mL Ferme le robinet Appuie lentement sur le piston et note dans le tableau l évolution de la pression absolue en fonction du volume d air contenu dans la seringue Volume (en ml) Pression absolue (en bar 1,05 1,25 1,45 1,80 2,25 3,20 Comment évolue la pression lorsque le volume de l air diminue? La pression augmente Dessine les molécules à l intérieure de la seringue dans les deux cas suivants....bar 1,05...Bar 2,25 30 ml 10 ml Quelle est la particularité des molécules dans l air compressée? Les molécules sont de plus en plus proches. Page 3 sur 8

4 2. Expansion Le piston et étant relâché, tire lentement sur celui-ci et note dans le tableau l évolution de la pression en fonction du volume d air contenu dans la seringue. Volume (en ml) Pression (en bar) 1,05 0,60 0,40 0,25 0,15 0,10 Comment évolue la pression lorsque le volume de l air augmente? La pression diminue Dessine les molécules à l intérieure de la seringue dans les deux cas suivants. 1,05...Bar...Bar 0,15 10 ml 50 ml Quelle est la particularité des molécules dans l air expansée? Les molécules sont de plus en plus éloignées. Conclusion: Voir animation moléculaire. Quand on comprime un gaz, la pression augmente, les molécules sont de plus en plus proches. La pression d'un gaz est le résultat des nombreux chocs des molécules entre elles ou contre les parois. Exercices : 11p38 : Détecter une erreur «Les molécules de diazote sont plus grosses que celles de l air ambiant». Cette phrase est inexacte car l air ambiant est constitué à 80 % de diazote. Pour V = 10 ml : 12p38 : comparer la compressibilité 1. Le volume du diazote diminue de moitié (il passe de 20 à 10 ml) et le volume de l eau liquide reste constant (égal à 20 ml). 2. La pression du diazote augmente de à hpa et la pression de l eau augmente de à hpa. 3. Cas du diazote : Pour V = 20 ml : Cas de l eau liquide: Pour V = 20 ml 15p39 : pression et altitude (faire courbe) Page 4 sur 8

5 1. Représentation graphique : 1. On peut lire à partir du graphique la pression PH au sommet de l Himalaya : si H = m = 8,8 km, alors PH = 320 hpa. Les alpinistes emportent des bouteilles de dioxygène en haute altitude en raison de la diminution de la pression atmosphérique et donc de la teneur en dioxygène. 16p39 : Un ballon qui ne manque pas d air. 1. La pression de l air dans la cloche autour du ballon diminue. 2. L air dans le ballon de baudruche n est pas aspiré car ce ballon est hermétiquement bouché. 3. Lorsqu on fait le vide à l intérieur de la cloche, la pression exercée sur la surface extérieure au ballon tend vers zéro. La pression à l intérieur du ballon devient supérieure à la pression extérieure. Le ballon de baudruche va se gonfler. 18p39 : La bouteille écrasée. 1. La vapeur d eau dans le schéma b, en se refroidissant, se liquéfie : elle se transforme en eau liquide. 2. La pression à l intérieur de la bouteille diminue car il y a moins de gaz à l intérieur. 3. La bouteille s écrase en c sous l effet de la pression extérieure exercée par l atmosphère. Remue-méninges : 21p40 : ça ne coule pas À mesure que le liquide pénètre dans la bouteille sous l effet de son poids, comme l air prisonnier dans la bouteille ne peut s échapper, la pression intérieure augmente et les forces de pression viennent s opposer au poids de la colonne de liquide, jusqu à les compenser : le liquide cesse de couler. Pour qu il recommence à couler, il suffit de laisser l air intérieur s échapper, soit en soulevant légèrement l entonnoir du col de la bouteille, soit en utilisant un entonnoir de section beaucoup plus large IV. Masse d un litre d air. Rappels : Un volume se mesure avec une éprouvette graduée. L unité légale de volume est le mètre cube noté m 3, l unité usuelle est le litre noté L Conversion à connaître : 1L = 1dm 3 1mL = 1cm 3 Une masse se mesure avec une balance L unité légale d une masse est le kilogramme Conversion à connaître : 1kg=1000g Page 5 sur 8

6 AE : Gonfler un ballon L expérience : On veut réaliser l expérience suivante : Ballon de foot, pas gonflé Balance équilibrée On enlève le ballon de la balance pour le gonfler puis on le repose sur la balance. Que va t-il se passer? Prévision argumentée : Entoure le dessin qui correspond à ta prévision. Explique ton choix par une phrase : «je pense que c est le car» Vérification expérimentale : réalise l expérience Observation : Entoure le dessin qui correspond à ton observation. Tes observations sont-elles conformes à ta prévision? Interprétation : «je déduis des observations que» Le ballon gonflé est plus lourd que le ballon dégonflé. Conclusion : en rouge!! «Donc» L air à une masse qui dépend du nombre de molécules. Page 6 sur 8

7 AE : Masse d un litre d air. Air comprimée Tube à dégagement Air Air comprimée Balance Bouteille Eprouvette 500mL Air comprimée Bouteille Balance Eau Cristallisoir 59,9 g 59,3 g Conclusion: Dans les conditions ambiantes de température et de pression, (25 C et 1013 hpa), la masse d 1 L d'air est égale à 1,2 g. (Elle vaut 1,3 g à 0 C) Exercices : 8p38 : calculer la masse d un litre d air ,2 = 0,8 kg d air consommé L d air atmosphérique pèsent 0,8 kg = 800 g. 1 L d air atmosphérique pèse 800/615 =1,3 g environ. 13p38 : Calculer une masse d air. 1. Le volume de l air est égal au volume V de la classe : V = L l h = ,5 = 210 m m 3 = L. La masse d air dans la classe est égale à 1, = g = 273 kg. 14p38 : Exploiter des résultats expérimentaux (solution p220) Remue-méninges 23p40 : Ils ne manquent pas d air Le dispositif doit permettre de recueillir l air expiré par les poumons et de mesurer son volume. Un bidon en plastique de capacité 5 L est rempli d eau et retourné sur une bassine d eau. L extrémité d un tuyau souple est introduite dans le col du bidon retourné. L utilisateur souffle alors son air pulmonaire dans ce tuyau et en remplit le bidon. Une main bouche le col du bidon pour pouvoir le retourner sans perdre d eau. Il suffi t alors de remplir le bidon avec une éprouvette graduée, pour connaître le volume de l eau rajoutée, donc de l air expiré. Page 7 sur 8

8 V. Bilan. Page 8 sur 8

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