LA RÉACTION CHIMIQUE

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1 Collège Voltaire / 1CH / Réaction chimique / EXERCICES LA RÉACTION CHIMIQUE Table des matières Série 11 1CH / Réaction chimique / Février Comprendre la signification de réactif, produit et réaction...2 Comprendre la différence entre une réaction chimique et un changement d'état...2 Écrire et équilibrer une équation d'une réaction chimique...2 À partir d'une description d'une réaction, écrire l'équation de la réaction...2 Série 12 1CH / Réaction chimique / Février Comprendre la notion de solution, solvant, soluté, concentration, soluble, insoluble, solution saturée, sursaturée, dissolution et dissociation...6 Écrire et équilibrer une équation d'une dissociation...6 Modéliser une équation d'une dissociation avec un modèle type boule (modèle compact)...6 Comprendre la notion de solvant polaire/apolaire, et identifier des molécules polaires/apolaires...6 Série 13 1CH / Réaction chimique / Mars Écrire et équilibrer une équation (globale et ionique) d'une réaction de précipitation...12 Modéliser une équation de précipitation avec un modèle type boule (modèle compact...12 Identifier un ion avec une réaction de précipitation (réactif spécifique)...12 Série 14 1CH / Réaction chimique / Avril Comprendre la notion d'acide et de base...16 Écrire et équilibrer une équation (globale et ionique) de neutralisation...16 Comprendre le lien entre ph et milieu acide,neutre ou basique (sans calcul)...16 Comprendre le rôle d un indicateur de ph...16 Série 15 1CH / Réaction chimique / Mai Comprendre la notion de réaction endo ou exoénergétique/thermiques...20 Déterminer le type de réaction : endo ou exoénergétique, spontané ou non spontané...20 Esquisser et expliquer le graphique de l'évolution d énergie en fonction du temps pour des réactions endo ou exoénergétiques eleve/ volt1234

2 Série 11 1CH / Réaction chimique / Février 2017 Objectifs Comprendre la signification de réactif, produit et réaction Comprendre la différence entre une réaction chimique et un changement d'état Écrire et équilibrer une équation d'une réaction chimique À partir d'une description d'une réaction, écrire l'équation de la réaction Ex.1. La réaction entre l oxygène et le magnésium a) Le magnésium est-il un corps pur simple ou composé? Donnez le symbole du magnésium. Notez sa couleur, son état physique et son aspect. b) Allumez un bec Bunsen à feu doux. Placez un verre de montre à proximité du bec Bunsen. Saisissez un ruban de magnésium au moyen d une paire de pince métallique. Portez des lunettes et ne fixez pas la flamme lors de la réaction. Introduisez l extrémité du ruban de magnésium dans la flamme, en le maintenant fermement avec la pince métallique. Récupérez la substance formée dans le verre de montre. Donnez l état physique, la couleur et l aspect de la substance formée. c) Lorsque un ruban de magnésium de 1 gramme est brûlé dans la flamme, on récupère 1.66 g de produit (poudre blanche) dans le verre de montre. Proposez une explication pour le gain de masse lors de cette réaction. d) Après réaction, obtient-on un mélange, un corps pur simple ou un corps pur composé? e) Proposez l équation de la réaction chimique.. Substances de départ... Substance formée f) La masse des réactifs ayant réagi et celle des produits formés seront-elles différentes ou égales?

3 Ex.2. La réaction entre le fer et le soufre a) À l aide d une spatule et d une balance, pesez environ 1.75 g de poudre de fer et 1 g de poudre de soufre sur deux feuilles de papier. Donnez la formule brute du soufre alpha en poudre (voir laboratoire : chauffage du soufre) et le symbole du fer. Notez leur couleur et leur aspect. b) Versez les deux poudres dans un mortier. Le contenu du mortier est-il un corps pur composé ou un mélange? Expliquez. c) Broyez les poudres à l aide d un pilon jusqu à ce que les substances soient bien mélangées. d) Pliez un papier pour former un entonnoir (forme de bec). A l aide de cet entonnoir, transvasez le contenu du mortier dans une éprouvette. Parallèlement, introduisez environ 200 ml d eau dans un bécher. e) En portant des lunettes de sécurité, allumez le bec Bunsen à feu doux et maintenez au moyen d une pince en bois l éprouvette légèrement inclinée au-dessus de la flamme. Lorsque le contenu de l éprouvette commence à réagir (incandescence rouge), retirez rapidement l éprouvette de la flamme et observez la réaction qui continue d elle même quelques instants. Éteignez le bec Bunsen. f) Lorsque tout le mélange est incandescent, introduisez prudemment l éprouvette dans le bécher, de façon à briser l éprouvette. Le produit se dépose au fond du bécher. g) Éliminez l eau du bécher et récupérez le produit de la réaction (attention aux bris de verre). g) Après réaction entre le fer et le soufre, quelles substances pourraient se former? Donnez les formules brutes de ces produits et justifiez à l aide des nombres d oxydation. h) Proposez des équations des réactions chimiques entre le soufre et le fer. i) Lors de votre expérience, la réaction forme le produit contenant le moins de soufre par rapport au fer. Quelle réaction a eu lieu dans votre éprouvette? j) L assemblage de fer et de soufre le plus courant sur terre est la pyrite FeS 2. La pyrite est un des minéraux les plus abondants du globe. Elle ressemble à l'or et autrefois on l'appelait "l'or des fous". La pyrite est composée d un anion disulfide (2 soufres liés ensembles) et un cation ferrique. Donnez la formule développée de l anion (chaque soufre est entouré de 8 électrons externes et ils sont liés ensembles par une seule liaison (liaison simple)). Quel est le nombre d oxydation du fer dans la pyrite?

4 Ex.3. Parmi les phénomènes suivants, lesquels correspondent à des réactions chimiques? Si non, de quoi s agit-il? une explosion un morceau de beurre qui fond la digestion la rosée la fermentation du sucre en alcool Br 2 2Br I 2(g) I 2(s) Ex.4. Équilibrez les équations chimiques suivantes : a) CO 2 + H 2 O C 6 H 12 O 6 + O 2 b) Mg + HCl MgCl 2 + H 2 c) Cl 2 + O 2 Cl 2 O 5 d) O 2 + HI H 2 O + I 2 e) H 2 SO 4 + NaOH Na 2 SO 4 + H 2 O

5 Ex.5. La nitroglycérine est un explosif utilisé dans la dynamite. Donnez l équation équilibrée de réaction permettant la fabrication de la nitroglycérine à partir des indications suivantes. La glycérine C 3 H 5 (OH) 3 réagit avec l acide nitrique HNO 3, les réactifs se transforment en nitroglycérine C 3 H 5 (NO 3 ) 3 et en eau. Ex.6. La fermentation du vin est la transformation du glucose C 6 H 12 O 6 en éthanol CH 3 CH 2 OH et en gaz carbonique CO 2. Écrivez l équation de cette réaction et équilibrez-la.

6 Série 12 1CH / Réaction chimique / Février 2017 Objectifs Comprendre la notion de solution, solvant, soluté, concentration, soluble, insoluble, solution saturée, sursaturée, dissolution et dissociation Écrire et équilibrer une équation d'une dissociation Modéliser une équation d'une dissociation avec un modèle type boule (modèle compact) Ex.1. Une question de concentration! I II III 10 ml de sirop 20 ml de sirop 10 ml de sirop dans 100 ml de solution aqueuse dans 100 ml de solution aqueuse dans 200 ml de solution aqueuse a) Quelle substance est le soluté? b) Quelle substance est le solvant? c) Quelle est la solution la plus concentrée? Combien de fois plus concentrée que les autres solutions? Ex.2. Soit 5g de KClO 3 et 20 ml d'eau (voir vidéo : cliquez ici) a) Que pouvez-vous observer lorsque l'on mélange à froid ces deux substances? b) Que pouvez-vous observer après avoir chauffé le mélange? c) Que pouvez-vous observer lors du refroidissement de la solution? d) Rédigez un texte pour expliquer vos observations et utilisez les mots suivants : soluble,insoluble, sursaturée et dissolution

7 Ex.3. Soit les substances suivantes : CaCO 3, KBr,CuBr 2,FeCl 2,FeF 2 a) Selon le tableau de solubilité: - quelles sont les substances ci-dessus solubles dans l eau? - donnez les cations qui sont toujours solubles dans l eau? b) Est-ce que la règle* est-elle confirmée par le tableau de solubilité? *Règle : les substances contenant un ion de la première colonne du tableau périodique ou le ion NH 4 + sont solubles c) Pour savoir si une substance est soluble, quelle est la manière la plus précise : la règle ou le tableau? Ex.4. Que se passe-t-il lorsqu un soluté se dissout dans l eau? Après avoir vu l animation concernant la dissolution du NaCl et du sucre, répondez aux questions suivantes. a) Que se passe-t-il lors de la dissolution du NaCl? Faites un croquis. Cl - Cl - Cl - Na + Na + Cl - Na + Na + b) Que se passe-t-il lors de la dissolution du sucre C 12 H 22 O 11? Faites un croquis. cc 12 H 22 O 11 C 12 H 22 O 11 C 12 H 22 O 11 C 12 H 22 O 11

8 Ex.5. Vous n arrivez pas à dissoudre l hydroxyde de magnésium dans l eau. Que pourriez-vous faire pour favoriser la dissolution? Ex.6. On déconseille l utilisation d appareils électriques en présence d eau pour limiter les risques d électrocution. Expliquez pourquoi? Si l eau utilisée était de l eau distillée, le risque serait-il plus grand ou plus faible? Pourquoi? Ex.7. Les substances composées d ions du tableau de solubilité se dissocient lorsqu elles sont solubles dans l eau. Y a-t-il dissociation des substances suivantes dans l eau? Si oui, donnez l équation de dissociation et équilibrez-la. a) K 3 PO 4 b) Ni(OH) 2 c) (CH 3 COO) 3 Fe d) AgCl

9 e) PbI 2 f) Mn(NO 3 ) 2 g) CaSO 4 Est-ce que toutes les substances solubles dans l eau se dissocient-elles? Ex.8. Complétez les deux équations de dissociation et équilibrez-les :. Ba 2+ + OH -. CH 3 COO - + Ca 2+ Ex.9. Après dissociation lors d une dissolution, une simple évaporation du solvant permet de retrouver le soluté sous sa forme originelle. Exemple :le soluté Cr 2 (SO 4 ) 3 dans l eau, complétez les équations et équilibrez-les. Cr 2 (SO 4 ) dissolution et dissociation évaporation

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11 Série 13 1CH / Réaction chimique / Mars 2017 Objectifs Écrire et équilibrer une équation (globale et ionique) d'une réaction de précipitation Modéliser une équation de précipitation avec un modèle type boule (modèle compact Identifier un ion avec une réaction de précipitation (réactif spécifique) Ex.1. Soit une solution aqueuse de CuSO 4 (sulfate de cuivre(ii)) et une solution aqueuse de NaOH (hydroxyde de sodium). Mélangez les deux solutions et observez. Notez vos observations et expliquez. Ex.2. Donnez l équation globale et ionique de la réaction proposée ci-dessous. Précisez quels sont les ions spectateurs. Expliquez en faisant une modélisation de la réaction. Pb(NO 3 ) 2 + KI

12 Ex.3. Un chimiste mélange une solution aqueuse de chlorure de fer (III) avec une solution aqueuse d'hydroxyde de sodium. Il observe la formation d un précipité. Donnez les équations globale et ionique de la réaction observée. Précisez quels sont les ions spectateurs. Ex.4. Complétez les équations globales de précipitation suivantes, équilibrez-les et indiquez le précipité. a) NaOH + NiCl 2 b) KNO 3 + Cr(OH) 3 c) K 2 SO 4 + BaCl 2 d) Ca 3 (PO 4 ) 2 + Na 2 SO 4 e) Cu 2+ + Na 2 CO 3

13 f) CrI + fluorure d'ammonium g) (CH 3 COO) 2 Zn + CO 3 2- Ex.5. Proposez un réactif (molécule ou composé ionique) permettant de précipiter Ni++ sous forme de sulfure S 2-. Donnez l équation équilibrée de cette réaction de précipitation. Ex.6. On mélange plusieurs solutions et les ions suivants se retrouvent dans un même mélange : K +, Na +, Ag + F CO 3 NO 3 La concentration de chaque ion est supérieure à 1 g/l. Le mélange est-il une solution? Justifiez.

14 Ex.7. Soit le tableau des réactions spécifiques des ions ci-dessous : Ion cherché Réactif spécifique Ion spécifique Formule du précipité Aspect du précipité SO 4 BaCl 2 Ba ++ BaSO 4 Précipité blanc Cl AgNO 3 Ag + AgCl Précipité blanc Fe ++ NaOH OH Fe(OH) 2 Précipité vert Précipité Fe +++ NaOH OH Fe(OH) 3 rouille Cu ++ NaOH OH Cu(OH) 2 Précipité bleu Afin de déterminer la composition d une solution inconnue, vous la testez avec du nitrate d argent, de l hydroxyde de sodium et du chlorure de baryum. Avec NaOH, on observe la formation d'un précipité bleu, avec BaCl 2 rien ne se passe, et avec AgNO 3 un précipité blanc apparaît. Donnez le sel contenu dans la solution (voir les vidéos : precipitation/ch1-reactif specifique.mp4 precipitation/ch1-reactif specifique inconnu.mp4) Ex.8. Lorsqu une partie de l eau s évapore dans un verre des traces blanches apparaissent, quelle substance peu soluble forme ce solide blanc? Que s est-il passé lors de l évaporation d une partie de l eau pour que le solide blanc puisse se former? Eau du lac Léman Concentration en mg/l Ca Mg Na K SO Cl HC

15 Série 14 1CH / Réaction chimique / Avril 2017 Objectifs Comprendre la notion d'acide et de base Écrire et équilibrer une équation (globale et ionique) de neutralisation Comprendre le lien entre ph et milieu acide,neutre ou basique (sans calcul) Comprendre le rôle d un indicateur de ph Ex.1. Voici des substances acides ou basiques : HBr KOH HCl NaOH H 2 S Sr(OH) 2 H 2 SO 4 a) Certaines substances ont des points communs. Classez les substances selon ces points communs en deux familles et expliquez votre classement. b) Lorsque ces substances sont dissoutes dans l eau, elles se dissocient. Donnez l équation de dissociation de deux substances de chaque famille. Quelle pouvezvous observer? Comment se nomment les deux familles? Ex.2. Voici des substances : HF KOH H 2 CO 3 NaCl a) Sont-elles des acides ou des bases selon Arrhenius? Justifiez. b) Lors de la dissolution ce ces substances dans l'eau, donnez une indication (approximativement) sur le ph de la solution.

16 Ex Complétez les réactions de neutralisation suivantes et équilibrez-les. a) H 2 SO 4 + LiOH b) Ca(OH) 2 + H 3 PO 4 c) H 2 O + Fe(NO 3 ) 3 d) H 2 O + K 2 SO 3 Donnez l équation ionique de la réaction (b) et (d). Ex.4. On ajoute de l hydroxyde de sodium à de l acide sulfurique. a) Donnez l équation globale équilibrée de la réaction b) Si j ajoute quelques gouttes de bleu de bromothymol (jaune en milieu acide, vert en milieu neutre et bleu en milieu basique), quelle couleur aura la solution : - s il y a autant de molécules de NaOH que de molécules de H 2 SO 4? - s il y a deux fois plus de molécules de NaOH que de molécules de H 2 SO 4? - s il y a trois fois plus de molécules de NaOH que de molécules de H 2 SO 4?

17 Ex.5. Choisissez l acide et l hydroxyde convenable permettant d obtenir comme produit le phosphate de potassium. Donnez les équations globale et ionique équilibrées. Ex.6. Soit la modélisation (modèle compact ci-dessous) des produits formés après la réaction de neutralisation : K + PO 4 3- H 2 O H 2 O K + H 2 O K + + a) Modélisez la situation avant la réaction pour arriver aux produits dessinés (cidessus). Mettez une légende. b) Donnez l équation équilibrée de cette réaction de neutralisation.

18 Ex.7. Soit la modélisation (modèle compact ci-dessous) des produits formés après la réaction de neutra Un photographe utilise pour ses travaux de laboratoire trois liquides incolores dont l'un est chimiquement neutre, le deuxième acide et le troisième basique. Il conserve ces trois produits dans trois récipients identiques marqués des lettre N, A et B. Un jour, il s'aperçoit que les lettres sont effacées. Il se souvient alors avoir un jour testé ces produits avec certaines boissons et ressort le tableau qu'il avait établi à cette occasion : Milieu acide Milieu neutre Milieu basique Thé noir Brun clair Brun foncé Brun foncé Jus de carotte Orange Orange Orange Jus de mûre Rouge Rouge Bleu-vert Après avoir numéroté de 1 à 3 les récipients, il laisse tomber une goutte du liquide 1 dans le thé noir et constate que le thé reste brun foncé. Il effectue alors la même manipulation avec le liquide 2 et constate le même résultat. a) Le photographe connaît à ce moment-là le contenu de l'un de ces récipient. Lequel? Expliquez. b) Quel unique test supplémentaire doit-il effectuer pour déterminer le contenu des deux autres récipients?

19 Série 15 1CH / Réaction chimique / Mai 2017 Objectifs Comprendre la notion de réaction endo ou exoénergétique/thermiques Déterminer le type de réaction : endo ou exoénergétique, spontané ou non spontané Esquisser et expliquer le graphique de l'évolution d énergie en fonction du temps pour des réactions endo ou exoénergétiques. Ex.1. Dégagement ou absorption d énergie lors d une réaction? Réaction exoénergétique (libération d énergie) Réaction endoénergétique (absorption d énergie) Énergie Énergie Produits Réactifs Énergie libérée Énergie absorbée Produits temps Réactifs temps Dans les exemples ci-dessous, notez si la réaction absorbe ou libère de l énergie et précisez le type d énergie (lumière, chaleur, etc ). Expériences Pile observations : Dissolution du nitrate d ammonium observations :

20 Électrolyse : 2H 2 O O 2 + 2H 2 observations : Combustion de l hydrogène :O 2 + 2H 2 2H 2 O observations : Luminol observations : Photosynthèse observations :

21 Ex.2. Réaction spontanée ou non spontanée? Réaction spontanée Une réaction chimique qui se déclenche sans qu'il y ait un apport d'énergie extérieur est dite spontanée. Réaction non spontanée Beaucoup de réactions ont besoin, pour avoir lieu, qu'on fournisse de l'énergie, car il existe une barrière énergétique, appelée énergie d'activation, qui empêche la réaction d'avoir lieu spontanément. L énergie d activation (E a ) est l énergie minimale requise pour déclencher la réaction chimique. Sans cette énergie, les réactifs restent intacts et la réaction chimique n a pas lieu. Énergie Énergie Énergie d activation Réactifs Réactifs Produits temps Produits temps Parmi les exemples montrés précédemment, certains étaient spontanés, d'autres pas : 2Mg + O 2 2MgO observations : NH 3 + HCl NH 4 Cl observations :

22 2H 2 O O 2 + 2H 2 observations : 8 Zn + S 8 8 ZnS observations : Ex.3. Vous effectuez une réaction dans un bécher et vous observez en posant vos mains autour de celui-ci qu il est très chaud. Que pouvez-vous dire à propos de cette réaction? Ex.4. Soit les deux réactions biologiques suivantes. A quels phénomènes correspondent-elles? Pouvez-vous dire la ou lesquelles sont exoénergétiques ou endoénergétiques? 6 CO H 2 O C 6 H 12 O O 2 C 6 H 12 O O 2 6 CO H 2 O Ex.5. a) Qu est-ce qu un enzyme? b) Dessinez les graphiques de l'énergie en fonction du temps d'une réaction endoénergétique avec et sans enzyme?