Prétest. Forme C. Chimie-5041 ÉTUDE DES GAZ

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1 Chimie-5041 ÉTUDE DES GAZ Conception et rédaction : Isabelle Lapierre, janvier 2003 Révisé par Sylvain Lavallée, 2010

2 1. La matière subit des changements de phase. Identifiez les énoncés faux et corrigez-les. a) Lorsque le fer passe de l état solide à l état liquide, l attraction entre les atomes diminue. b) Sur le mont Everest, l eau bout plus rapidement, ce qui se fait à une température inférieure et à une pression plus élevées que 101,3 kpa. c) Dans une bonbonne de gaz, les molécules sont comprimées dans un volume déterminé. Autrement, les molécules auraient un volume indéfini. d) Il est impossible de comprimer 100 ml de lait car la distance entre les molécules est trop petite. 2. Identifiez les énoncés faux et corrigez-les. a) Le cycle de l ozone (O 3 ) est perturbé par la présence des CFC. Ces derniers, dans l atmosphère, jouent un rôle de catalyseur en empêchant l oxygène (O 2 ) de régénérer l ozone. b) Le SO 2 est un gaz provenant de la combustion des combustibles fossiles et de la cheminée des usines. Il contribue à la destruction de la couche d ozone. c) La photosynthèse permet la production d oxygène. C est pourquoi la destruction massive de la forêt amazonienne est si dramatique. d) Le CO 2 est un gaz rejeté par l homme lors de la respiration. La surpopulation fait donc augmenter l effet de serre. 3. Un contenant de crème à raser est écrasé par mégarde. Toute la crème sort du contenant. Expliquez ce résultat en utilisant la définition de la pression. 4. En utilisant l hypothèse d Avogadro, trouvez l affirmation exacte et justifiez la. 2 H 2 + O 2 2 H 2 O. a) À TPN, l ajout d une mole de H 2 produira 2 moles d eau. b) Si on diminue de moitié la quantité d oxygène, il n y aura pas d effet sur la quantité d eau produite. c) Il y a aura 10 L d eau produite si 5 L d oxygène et 10 L d hydrogène réagissent ensemble. d) Il faut 100 g d oxygène pour réagir avec 50 g d hydrogène pour obtenir 100 g d eau.

3 5. On gonfle 10 ballons pour la fête de Mathieu dans une maison à 25 C, Par la suite, les ballons sont installés sur le perron extérieur alors que la température est de -5 C. Deux heures plus tard, le volume des ballons ont diminué de moitié. Expliquez le phénomène en vous appuyant sur la théorie cinétique des gaz. 6. Un pneu d auto est gonflé à l extérieur d un garage à une température de 0 C. Le pneu a une pression de 15 kpa et un volume de 5 L. a) Qu arrive-t-il au volume du pneu lorsque la température augmente à 30 C? b) Si on ajoute 5 kpa de pression à 0 C, combien de moles le pneu contiendra-til? 7. Vrai ou faux a) Une liaison exothermique signifie que l énergie possédée par les produits est supérieure à celle possédée par les réactifs. b) Dans une liaison endothermique, il est plus facile de former les réactifs que les produits. c) Les éléments de la famille VA peuvent former jusqu à 5 liaisons avec d autres atomes. d) Si l énergie exigée pour briser les réactifs est supérieure à l énergie à la formation des produits, alors la réaction est exothermique? 8. Sur un comptoir de cuisine, on retrouve les éléments suivants : un couteau en acier inoxydable allant au lave-vaisselle, un verre de jus d oranges et un pot contenant de la confiture aux fraises. Classez ces éléments en ordre croissant selon leur température de fusion et justifiez votre classement. 9. On introduit 3 gaz dans 3 ballons de 1 litre. Le premier contient 55 g de CO 2, le second, 20 g de CH 4 et le dernier, 15 g d un gaz inconnu. Si les 3 ballons contiennent la même quantité de gaz, déterminez la masse molaire du gaz inconnu. 10. Dans un erlenmeyer de 2 L se trouvent 15 g de NO, 25 g de SO 2, 30 g de CO 2 et 5 g de O 2. La pression interne de l erlenmeyer est de 50 kpa. Calculez la pression partielle de chaque gaz. 11. Une bonbonne de crème fouettée de 500 ml dont la pression est de 70 kpa se trouve dans une pièce dont la température est de 20 C. Si la température de la pièce chute à 0 C et qu on transfert toute la crème dans un nouveau contenant de 200 ml, quelle sera la nouvelle pression? 12. Le procédé Haber permet de fabriquer de l ammoniac (NH 3 ) en utilisant de l azote (N 2 ) et de l hydrogène (H 2 ) selon l équation N 2(g) + 3 H 2(g) 2 NH 3(g). Déterminez la masse d azote requise pour préparer 2 litres d ammoniac à 350 K et à 450 kpa.

4 13. Trouvez les énoncés faux et expliquez pourquoi à l aide de la théorie cinétique des gaz. a) Lorsque l on chauffe l eau d une bouilloire, les molécules acquièrent de l énergie, les liens s affaiblissent et se brisent. Les molécules deviennent indépendantes. b) Au point d ébullition d une substance, toute la chaleur fournie sert à chauffer le gaz libéré. c) Lorsqu il fait froid, le mercure descend car l agitation des molécules diminue. Il y a une contraction. d) Le mot «brownien» s explique par le fait que les molécules de pollen bougent dans l eau comme si elles étaient vivantes. 14. Calculez le bilan énergétique de la réaction suivante et dites s il s agit d une réaction endothermique ou exothermique. CH O 2 CO H Quelle masse de CO 2 est contenue dans un extincteur de 10 litres possédant 250 kpa de pression à la température de la pièce, soit 20? 16. Mentionnez une amélioration à la vie quotidienne qu a apportée la notion de pression et reliez cette notion à l étude des gaz. 17. Les congélateurs sont apparus au XX e siècle avec l avènement de l électricité. Avant, leur apparition, les gens utilisaient des chambres froides et en hiver, la neige pour conserver la nourriture. Comment l étude des gaz a-t-elle permis l arrivée des congélateurs? Expliquez leur fonctionnement. 18. Il y a 20 ans, toutes les bonbonnes aérosols contenaient des CFC. a) Quelle était l utilité de ces derniers? b) Quel gaz l a-t-il remplacé? c) Expliquez, à l aide d équations, pourquoi les CFC sont maintenant bannis. 19. Plusieurs gaz se retrouvent dans notre environnement. Identifiez les gaz correspondants aux descriptions suivantes. a) Gaz responsable tu trou dans la couche d ozone. b) Gaz rare permettant l éclairage d une pièce. c) Gaz empêchant les rayons UV de causer le cancer.

5 d) Gaz responsable de la rouille sur les voitures. e) Gaz responsable de l effet de serre. 20. Établissez le bilan énergétique de la réaction suivante : C 3 H O 2 3 CO H Décrivez les échanges gazeux et la variation de la pression lors de l inspiration et de l expiration lors de la respiration d une personne. 22. Expliquez les phénomènes suivants. a) Pourquoi l eau s évapore-t-elle lorsqu un verre d eau est laissé dans une pièce durant plusieurs heures. b) Pourquoi un composé lié par des forces moléculaires a-t-il un point d ébullition moins élevé qu un composé lié par des forces ioniques? c) Quel(s) mouvement(s) les molécules d un liquide possèdent-ils? d) Est-il vrai qu une augmentation de la température amène une diminution de la pression? Justifiez votre réponse. 23. Comment la théorie cinétique des gaz intervient-elle dans les situations suivantes? a) Les pneus d une automobile sont moins gonflés à -30 C qu à 20 C? b) Le fumet d une dinde arrive à nos narines? c) Une montgolfière peut s élève dans l atmosphère? 24. Une fiole jaugée de 300 ml (262,5 g) est vidée d air. Du gaz carbonique gazeux est mis à l intérieur de cette fiole. La pression interne de la fiole est alors de 92 kpa et la température est de 20 C. Quelle est la masse du ballon à ce moment là? 25. On remplit un erlenmeyer de 250 ml de trois gaz dont un est inconnu. Le tableau suivant rapporte les résultats des pesées. Quelle est la masse molaire du gaz inconnu? Gaz Tableau des pesées prises lors de l expérience. Masse de l erlenmeyer vide (g) Masse de l erlenmeyer avec le gaz (g) Masse molaire du gaz (g) CO 2 265,6 268,1 44 C 2 H 4 265,6 267,2 28 Inconnu 265,6 267,4?

6 26. Plusieurs routes de campagne sont interdites aux véhicules lourds, vu leur poids excessif qui déforment la chaussée. En vous référant à la définition de la pression, expliquez comment on pourrait permettre le passage de ces véhicules. 27. Un seringue de 50 ml est remplie avec 2 moles de C 4 H 10, 0,85 mole de C 3 H 8, 1 mole de NO et 1,15 mole d O 2. Si la pression totale à l intérieur de la seringue est de 45 kpa, calculez la pression partielle de chaque gaz. 28. a) Pourquoi dit-on que la nourriture constitue le carburant de l homme? b) Pourquoi y a-t-il libération de chaleur lors de la combustion de l essence? c) Pourquoi un bilan énergétique négatif est-il associé aux produits? 29. La formation de l eau se traduit par l équation suivante : 2 H 2 + O 2 2 H 2 0. Quel sera le volume d eau formée si au départ, il y a 10 litres de H 2 et 5 litres d O 2? Justifiez à l aide de la loi d Avogadro. 30. Vous faites un feu extérieur pour brûler des choses telles des vêtements en coton, des cadres de photos en laiton et des vieux journaux. Après 5 minutes de combustion, vous éteignez le feu et constatez que le papier a complètement brûlé, que les vêtements sont noircis et que les cadres de photos sont quasiment intacts. Classez ces 3 éléments en ordre croissant selon leur température de fusion et justifiez votre classement. 31. Des ballons gonflés à l air sont mis à l extérieur d une maison (-20 C). Après deux heures, les ballons sont tous dégonflés. a) Quelle est la cause du dégonflement? b) Cette cause a amené 2 changements à l intérieur des ballons. Identifiez-les. c) Si les ballons avaient été gonflés à l hélium, le résultat serait-il le même? 32. Un erlenmeyer de 1 litre, scellé par un bouchon de caoutchouc, contient de l oxygène (O 2 ) ; à une température de 25 C et à une pression de 78 kpa. Par mégarde, l erlenmeyer est chauffé à 400 C et tout à coup, le bouchon saute. Quelle était la température maximale à ne pas dépasser si la pression maximale que peut atteindre l intérieur de l erlenmeyer, sans que le bouchon saute, est de 150 kpa? 33. Considérons l équation suivante : C 4 H 10(g) + O 2(g) CO 2(g) + H 2 O (g). Quel est le volume de CO 2 dégagé par la combustion de 35 g du butane à 150 C et à 260 kpa?

7 34. Préparation à l examen de laboratoire. Une technicienne de laboratoire travaille dans une pièce fermée ventilée dont la température est maintenue à 20 C et la pression, à 101,3 kpa. La technicienne introduit 10 g de CO 2 dans une seringue. Le volume occupé par les gaz, est à ce moment-là de 100 ml. Tout en gardant la pression constante, elle s aperçoit que lorsqu elle met 8 g de gaz, le volume occupé est de 80 ml. Elle insère 5 g et le volume est de 50 ml. Pour 2 g, elle enregistre un volume de 20 ml. Finalement, en introduisant 25 g, le volume indiqué est de de 250 ml. a) Quels sont les paramètres constants dans cette expérience? b) Quelles sont les variables dépendante et indépendante? c) Construisez un tableau des résultats permettant de réunir toutes les variables et tous les paramètres constants. d) Construisez un graphique associé à ce tableau. e) Établissez la relation qui existe entre les variables, donnez une formule mathématique et interprétez celle-ci.