Prétest. Forme A. Chimie-5041 ÉTUDE DES GAZ

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1 Chimie-5041 ÉTUDE DES GAZ Conception et rédaction : Lyne Desranleau, C.S. des Hautes-Rivières Modifié, mars 2004 : Lise Allard et Jean-Marie Simard CSCR Revu et corrigé par Sylvain Lavallée, 2010

2 Notes : Partie 1 : numéros 35 et 36 et 37 du prétest. Partie 2 : toutes les autres pages. Tableau des énergies de liaisons Liaison Énergie de liaison (kj/mol) O H 464 O O 142 O=O 502 C O 351 C=O* 730 C C 347 C=C 615 C C 811 C H 414 C F 439 C Cl 331 C Br 276 C N 293 C=N 615 C N 890 C (s) 719 N H 390 N N 159 N=N 418 N N 945 N Cl 200 F F 155 Cl Cl 243 Br Br 192 H H 435 H F 564 H Cl 431 H Br 368 H S 364 H I 295 Formules données à l examen. PV nrt P 1 V 1 P 2 V 2 P 1 T 1 P 2 T 2 P x P totale n x n total P totale P 1 P 2 Constante des gaz parfaits R=8,31 kpa L mol K * Les liaisons dans le CO 2 ont une valeur de 799 kj/mol. 2

3 1. Complétez le tableau ci-dessous. PROPRIÉTÉS GAZ LIQUIDE SOLIDE Forme (définie ou non) Volume (défini ou non) Compressibilité (négligeable ou grande) Schéma Distance entre les molécules (grande ou faible) Mouvements (Vibration, rotation, Translation) Force d attraction (oui ou non) Ordre (oui ou non) 2. Complétez la figure suivante. Changements de phase de l eau. glace eau vapeur 3

4 3. Nommez les 5 points qui résument la théorie cinétique des gaz. 4. Expliquez le mouvement brownien fait par des fines particules de poussière en suspension dans un liquide. 5. Expliquez pourquoi il nous est facile de percevoir l odeur d un parfum. Nommez ce phénomène. 6. Classez les six substances suivantes par ordre croissant de diffusion : Ne (g), NaOH (l), Cl 2(g), C 3 H 8(g), C (s) et Xe (g). 7. a) À quels changements de phase correspondent le point d ébullition et le point de fusion? b) Lorsqu on observe la courbe de réchauffement d une substance en fonction du temps, on remarque qu une fois que la température de fusion est atteinte, elle demeure à ce niveau pendant un certain temps puis recommence à monter. Le même phénomène se produit lorsque la température d ébullition est atteinte. Pourquoi ces plateaux? 8. Référez-vous au tableau suivant pour répondre aux questions ci-dessous. Substance Température de fusion Température d ébullition (degrés Celsius) (degrés Celsius) Acétone 95,35 56,20 Eau 0,00 100,00 Éthanol 117,30 78,50 Hydrogène 259,14 252,80 Mercure 38,87 356,58 Néon 248,67 245,90 Or 1064, ,00 Sel de table 801, ,00 a) Quelle substance nécessite le plus d énergie pour fondre? b) Quelles substances sont liquides à la température de la pièce? c) Quelles substances sont gazeuses à la température de la pièce? d) Quelles substances sont solides à la température de la pièce? e) Quelle substance nécessite le moins d énergie pour bouillir? 9. Il sera plus long de faire cuire un œuf à la coque au sommet du mont Everest qu à Montréal. Expliquez pourquoi. 4

5 10. Expliquez le fonctionnement général d un congélateur et nommez le changement de phase. a) Au niveau du condensateur. b) Au niveau de l évaporateur. 11. Un homme exerce une force de 700 newtons sur le sol recouvert d une couche abondante de neige. Que lui conseillez-vous pour qu il s enfonce moins dans la neige? Justifiez à l aide d une formule. 12. Soit l équation suivante : C (s) O 2(g) CO 2(g) 393,5 kj. 13. Il est facile d obtenir du dioxyde de carbone (CO 2 )! Justifiez cette affirmation en expliquant au point de vue «énergie et» «stabilité» de cette molécule. a) Expliquez le cycle de l oxygène et celui du carbone. Vous devez utiliser les mots suivants : oxygène, dioxyde de carbone, carbone, photosynthèse, respiration, atmosphère, air et combustion. b) Quelles sont les étapes du cycle de l eau? c) Le cycle de l ozone est-il présentement en équilibre sur la planète? Expliquez à l aide d équations. 14. a) Pourquoi une montgolfière peut s élever dans le ciel? b) Pourquoi un dirigeable peut s élever dans le ciel? c) Pourquoi un avion peut s élever dans le ciel? 15. Par quel moyen un gaz anesthésiant se propage-t-il dans le cerveau d un organisme? 16. Nommez trois gaz polluants de l atmosphère (dont le CO 2 ), en donnant pour chacun, une conséquence sur la santé et sur l environnement. 17. a) Nommez les deux gaz les plus abondants dans l air. Donnez le rôle de chacun. b) Comment ces deux gaz sont-ils apparus dans l air actuel? 5

6 18. Expliquez, à l aide de la théorie cinétique, pourquoi la pression augmente lorsque nous diminuons le volume du contenant, tout en gardant la température constante. Aa Air Air 19. À quoi est due la pression atmosphérique à un endroit donné? 20. Expliquez à l aide du comportement des gaz, ce qui se passe avec la pression et le volume de ballons gonflés à l hélium lorsqu on les sort à l extérieur pendant un temps froid d hiver. 21. Expliquez, à l aide du modèle des gaz, la situation illustrée ci-dessous. Pression intérieure Piston mobile Pression atmosphérique Après l ajout d air à température constante Pression intérieure Piston mobile Pression atmosphérique 22. Sur une bombe aérosol, pourquoi retrouve-t-on toujours l indication «DANGER, ce contenant peut exploser si chauffé»? 23. La pression est de 100 kpa dans un cylindre de 1,5 L d une pompe à bicyclette dont la sortie d air est bouchée. On pousse encore plus fort sur le piston jusqu à ce que le volume d air diminue de moitié. À ce moment précis quelle est la valeur de la pression d air à l intérieur du cylindre? 24. Supposons que l on comprime 500 L d hélium mesurés à la pression de 101 kpa dans une bonbonne d acier de 2 L. Quelle sera la pression du gaz comprimé? 25. De l oxygène occupe un volume de 50 L sous une pression de 200 kpa. Quel serait le volume occupé par le gaz si la pression était augmentée de 300 kpa? 6

7 26. On élève la pression d un certain volume de chlore de 300 à 500 kpa. Le volume obtenu est de 13,5 L. Quel était le volume initial occupé par le chlore? 27. Complétez la phrase suivante : L instrument de mesure de la pression atmosphérique est le que l on mesure la pression d un gaz à l aide d un.,alors 28. Considérons la formation de l ammoniac : N 2(g) H 2(g) NH 3(g). a) À T.P.N., quel est le volume d hydrogène utilisé pour la production de 102 grammes de NH 3? b) Aux conditions ordinaires de température et de pression (25 C et 101,3 kpa), une mole de gaz occupe un volume de 24,5 litres. Quelle est la masse d azote (N 2 ), nécessaire pour produire 294 litres d ammoniac (NH 3 )? c) À une température de 20 C et à une pression de 200 kpa, quelle est la masse d hydrogène nécessaire à la formation de 50 litres de NH 3? 29. Une bonbonne de 20 litres renferme de l azote (N 2 ) à une pression de 100 kpa. Une autre bonbonne de 30 litres contient de l oxygène (O 2 ) à une pression de 200 kpa. Si on déplace le contenu des deux bonbonnes dans une autre bonbonne de 60 litres, quelle sera la pression totale dans cette bonbonne? La température est maintenue constante. 30. Référez-vous au tableau des énergies de liaison pour établir le bilan énergétique de la réaction : CH 4(g) 2O 2(g) CO 2 (g) 2H 2 O (g). 31. Expliquez pourquoi le CO 2 est un composé stable tandis que le CO est un composé instable. 32. Parmi les schémas suivants représentant la formation de H 2 O (g), lesquels sont faux? Justifiez votre réponse. La réaction est : 2H 2(g ) O 2(g) 2 H 2 O (g). a) 20 ml H 2 10 ml O 2 30 ml H 2 O b) 6 moles H 2 3 moles O 2 6 moles H 2 O c) 2 volumes 1volume O 2 volumes 2 H H 2 O 2 7

8 d) 6 moles H 3 moles O 2 9 moles 2 H 2 O e) 33. Corrigez les schémas suivants à l aide de l hypothèse d Avogadro. a) b) c) d) e) 8

9 34. Parmi les énoncés suivants, lesquels sont faux? Justifiez votre réponse. a) La molécule CI 3 est stable. b) La molécule H 2 O possède deux liaisons covalentes polaires. c) Pour acquérir une stabilité, chaque atome d oxygène dans la molécule O 2 partage deux électrons. d) On retrouve deux liaisons covalentes polaires dans la molécule BeF 2. e) Dans la molécule LiO, on retrouve une liaison ionique. f) Dans la molécule NH 3, on retrouve trois liaisons covalentes polaires. 35. a) Complétez le tableau suivant. 36. volume (litre) Tableau donnant les pressions correspondantes à différents volumes ainsi que le produit de la pression par le volume. 1 V (litre-1 ) pression (kpa) pression volume (kpa L) b) Tracez le graphique de la pression en fonction de l inverse du volume. Écrivez l équation de la droite obtenue. c) Que pouvez-vous dire de la relation entre la pression et le volume? a) En laboratoire, pour étudier la relation entre la pression et le volume, certains paramètres doivent être maintenus constants. Nommez-les et dites pourquoi il en est ainsi. b) Qu est-ce qu une variable dépendante et sur quel axe doit-on la placer dans un graphique? c) Qu est-ce qu une variable indépendante et sur quel axe doit-on la placer dans un graphique? 9

10 37. Un gaz est enfermé dans une bonbonne d acier de 3 litres. On plonge cette bonbonne qui contient 0,2 mole de gaz dans des milieux à différentes températures. On recueille les données suivantes : à 0 C, la pression est de 151 kpa; à 20 C la pression est de 162 kpa; à 40 C, la pression est de 173 kpa et finalement à 60 C, la pression est de 185 kpa. a) Quels sont les paramètres constants? b) Quelle est la variable indépendante? c) Quelle est la variable dépendante? d) Après la construction du graphique à partir des paramètres variables.(utilisez comme unité pour la température, la température absolue), répondez aux questions suivantes : 1) D après votre graphique, quelle est la variation de pression par unité de température? 2) Quelle est la relation mathématique entre les deux paramètres variables? 3) Quelle est la variation de pression subie lorsque la température varie de 303 K à 353 K? 10

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