Comment établir la composition d un liquide d usage courant?

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1 Comment établir la composition d un liquide d usage courant? Activité 1 : La bouilloire... 2 Activité 2 : L atome... 5 Activité 3 : Tableau périodique... 6 Activité 4 : La molécule... 9 Activité 5 : La limonade Activité 6 : Chromatographie Exercices Fiche sécurité Tableau périodique Feuille de route

2 Objectif : Déterminer la composition chimique de l eau minérale. Situation : Arthur utilise une bouilloire pour chauffer son eau tous les matins. Il utilise une eau minérale dont l étiquette est donnée ci-contre. Au bout de quelques mois, sa bouilloire ne fonctionne plus aussi bien. Activité 1 : La bouilloire Pourquoi la bouilloire d Arthur ne fonctionne plus? Quelle eau aurait-il dû utiliser? Composition des différentes eaux. 1 ) L eau déminéralisée : Compléter le tableau afin d indiquer : - la formule de l eau déminéralisée, - le symbole et le nom des éléments chimiques qui interviennent Tableau L eau déminéralisée Formule Eléments chimiques qui la constituent Noms Symboles Pour mettre en évidence la présence d eau, on effectue le test avec un réactif appelé le sulfate de cuivre anhydre. Il change de couleur au contact de l eau. 2

3 2 ) L eau minérale : On a donné en annexe, l étiquette de l eau minérale utilisée. On cherche à connaître les éléments chimiques contenus dans cette eau. Effectuer le test au sulfate de cuivre anhydre : - Lire la fiche sécuritéé en fin de chapitre et se mettree dans les conditions de travaux pratiques. - Mettre un peu de sulfate de cuivre anhydre dans une coupelle (verre de montre) ; - Déposer deux gouttes du liquide sur le sulfate de cuivre anhydre ; - Observer. Compléter le tableau suivant en : - Faisant un schéma et en le coloriant - Légendant les schémas - Complétant les casess AVANT APRES SCHEMA REACTIFS PRODUIT NOM Sulfate de cuivre anhydre Sulfate de cuivre hydraté A partir de l étiquette, compléter le tableau afin d indiquer le symbole des éléments chimiques qui interviennent. 3

4 Eléments chimiques qui les constituent Tableau Noms Symboles Les eaux minérales Comparaison des différentes eaux : A partir de l observation des résultats de ces tableaux et obtenus, proposer : - Une comparaison entre eau minérale et eau déminéralisée. Points communs Différences - Quelle eau est corps pur et laquelle est un mélange? Justifier. Répondre à la problématique Appeler le professeur 4

5 Activité 2 : L atome Objectif : Créer un document qui servira de support pour le cours. Vous établirez un document de référence à partir des sources proposées. Le document devra contenir les catégories suivantes : - Organisation : Vous devez donner un ordre de grandeur des dimensions de l atome. Vous préciserez les différents constituants de l atome (vous ajouterez une image qui représente l atome et vous mettrez une légende). - Charges électriques : Les différents constituant de l atome possède une charge électrique que vous préciserez. De même vous préciserez la charge électrique d un atome. - Symbole : Vous expliquerez comment est constitué le symbole d un atome et vous donnerez quelques exemples. - Configuration électronique : Vous expliquerez comment se répartissent les électrons sur les différentes couches électroniques d un atome et vous donnerez quelques exemples. Le document devra être rédigé sous Word ou Open office. Votre document devra être clair et précis Les sources sont sur le serveur classe. Appeler le professeur lorsque votre document est terminé. 5

6 Activité 3 : Tableau périodique Objectif : comprendre l organisation de la classification périodique. On utilisera les applications flash dans le dossier commun classe. 1 Classification des éléments : On a donné un tableau vide correspondant aux éléments tels que 1 Z 20. Repérer ces éléments dans la classification périodique. Représenter dans les cases correspondantes les modèles de Bohr de chacun d entre eux. Observer le résultats et indiquer à quoi correspondent les lignes 1, 2, 3 et 4 du tableau. Compléter la première observation. Première observation : Les atomes sont rangés suivant..par ordre croissant. Les atomes dont le numéro atomique Z est... Z... ont un seul niveau d énergie. Ils sont sur la.. ligne. Les atomes dont le numéro atomique Z est... Z... ont deux niveaux d énergie. Ils sont sur la.. ligne. Les atomes dont le numéro atomique Z est... Z... ont trois niveaux d énergie. Ils sont sur la.. ligne. Le numéro de la ligne correspond 6

7 On a donné un tableau vide identique. Représenter dans les cases correspondantes les modèles de Lewis de chacun d entre eux. Observer les résultats et indiquer à quoi correspondent les colonnes I, II, III, IV, V, VI, VII, et VIII du tableau. Compléter la deuxième observation. Deuxième observation : Les atomes situés dans la colonne I ont.sur la couche externe. Les atomes situés dans la colonne IV ont sur la couche externe. Les atomes situés dans la colonne VIII ont sur la couche externe. Leur dernière couche est.. contrairement aux autres éléments. Le numéro de la colonne correspond 2 Les grandes familles d éléments (Sur le tableau périodique des éléments de l activité précédente) : Repérer la famille des gaz rares ou gaz nobles qui sont ceux de la dernière colonne. Les colorier en rouge. Quelles sont leurs particularités? Repérer les alcalins qui ne possèdent qu un seul électron sur leur couche extérieure. Les colorier en jaune. Repérer les halogènes qui réagiront toujours pour tenter de gagner un électron afin d avoir leur dernière couche complète. Les colorier en bleu. Appeler le professeur 7

8 Tableau Modèles de Bohr COLONNES I II III IV V VI VII VIII L I G N E S 3. Tableau Modèles de Lewis I II III COLONNES IV V VI VII VIII L I G N 1 2 E S 3 8

9 Activité 4 : La molécule Objectif : Comprendre l existence des molécules comme l eau. Utiliser le modèle de Lewis et les modèles moléculaires pour réaliser une molécule et en écrire la formule brute et développée. Principe : Les atomes «souhaitent» avoir la stabilité des gaz rares qui ont leur dernière couche électronique complète. Ils vont donc s associer à plusieurs pour acquérir cette stabilité en mettant en commun des doublets d électrons. Ces doublets en commun formeront alors des liaisons de covalence entre atomes. Chaque atome aura alors sa dernière couche électronique complète à 2 ou 8 électrons comme un gaz rare (règle de l octet). L ensemble des atomes ainsi associés s appellera une molécule de composés covalents. Déroulement : 1 ) Fabrication d une première molécule (avec le professeur) : On va fabriquer une molécule à partir d atomes de carbone et d atomes d hydrogène en complétant progressivement le tableau en répondant aux questions dans l ordre qui suit : 9

10 1 Dessiner le modèle de Lewis de l atome de carbone (en rouge) puis de l atome d hydrogène (en bleu). 2 Indiquer le nombre d électrons célibataires qu ils souhaiteraient pour avoir leur couche extérieure complète. C est la valence de chacun des atomes. Rechercher des billes de la boite de modèles dont le nombre de trous correspond à ces valences. Chaque atome amène ces électrons célibataires pour en faire des doublets avec ceux des autres. 3 Calculer le nombre d atomes d hydrogène à associer à 1 atome de carbone pour que le nombre d électrons célibataires mis en commun soit équivalent pour les deux éléments. 4 Combien de doublets de liaison va-t-on réalisé alors? Le nombre de doublets est le nombre de liaisons de covalence dans l association d atomes appelée molécule. 5 Effectuer la représentation de Lewis de cette molécule. 6 Compléter sa formule développée plane. 7 Ecrire la formule brute. 8 Donner son nom. 9 Ce corps est-il un corps simple ou composé? 10

11 ATOMES CONCERNES Modèles de Lewis 1 Carbone Hydrogène Valences 2 Nombres à prendre dans l association 3 x 1 Nombre de doublets de liaisons 4 MOLECULE Représentation de Lewis 5 et formule développée plane 6 Formule brute 7 Nom de la molécule 8 11

12 Réaliser la molécule à l aide des modèles molécules en mettant une barre de plastique pour symboliser les liaisons de covalence. 2 ) Fabrication d autres molécules (en binôme) : En se basant sur les étapes précédentes, compléter le tableau donné en annexe. Réaliser à chaque fois un modèle moléculaire et le montrer au professeur. Compléter le bilan. BILAN : Une molécule est d atomes. Les atomes se sont associés entre eux en mettant des doublets. Ces doublets forment des de entre atomes. La molécule est électriquement Chaque molécule possède : - Une formule. - Une formule. Appeler le professeur 12

13 Activité 5 : La limonade Objectif : Identifier différentes molécules dans un produit. Situation : Pour se désaltérer, Annaëlle consomme une limonade. Sur sa bouteille, il est indiqué que cette limonade est élaborée à partir d eau gazéifiée. Quels sont les composés chimiques présents dans sa limonade Selon vous, de quoi la limonade est-elle faite? On peut détecter certaines molécules à l aide des substances avec lesquelles il se produit une réaction chimique particulière. On effectue une réaction de mise en évidence. Un réactif est une substance nécessaire au début de la réaction chimique. Il disparaît au cours de celle-ci. Un produit est une substance qui apparaît au cours de la réaction chimique. I. Mise en évidence d eau dans la limonade A partir des activités précédentes. Proposer un protocole expérimental pour mettre en évidence la présence d eau dans la limonade. Appeler le professeur puis réaliser cette expérience 13

14 II. Mise en évidence d autres molécules Expérience 1 : mise en évidence du dihydrogène A partir de la vidéo compléter le tableau 1 en annexe. Expérience 2 : mise en évidence du dioxyde de carbone A partir de l expérience du poste prof, compléter le tableau 2 en annexe. Les molécules qui interviennent sont : Carbonate de Calcium CaCO 3, Eau de chaux Ca(OH) 2, Dioxyde de carbone CO 2 Expérience 3 : mise en évidence du glucose Réaliser l expérience décrite dans la partie 3 de l annexe et compléter le tableau 3. Les molécules qui interviennent sont : Oxyde de cuivre rouge Cu 2 O, réactif de sandell, glucose C 6 H 12 O 6 Compléter le tableau suivant : Tableau bilan Molécules mises en évidences Substance permettant le test Observations caractéristiques Appeler le professeur 14

15 AVANT APRÈS Schémas légendés et coloriés 1 Equation chimique simplifiée Noms et formules RÉACTIFS + Dioxygène O 2 PRODUITS AVANT APRÈS Schémas légendés et coloriés 2 Equation chimique simplifiée Noms et formules RÉACTIFS +.. Carbonate de calcium PRODUITS + Eau 15

16 Réaction de mise en évidence du sucre glucose dans une boisson : La liqueur de Réactif de Sandell : Voici l étiquette ci-dessous qui se trouve sur le flacon. Ecrire en utilisant la fiche méthode : La signification des pictogrammes : Les conseils de sécurité : Déroulement de l expérience par étapes : - Appliquer les consignes de sécurité, - Verser 1 cm de boisson dans un tube à essai, - Ajouter 3 gouttes de liqueur de Fehling dans le tube à essai, - Chauffer pendant une à deux minutes la base du tube dans le bain-marie, - Observer et compléter le tableau ci-dessous. AVANT APRÈS 3 Schémas légendés et coloriés Equation chimique simplifiée RÉACTIFS PRODUITS Noms.... Acide

17 HS2 : Comment établir la composition d un liquide d usage courant? Activité 6 : Chromatographie Objectif : Réaliser une chromatographie. Situation : Le sirop de menthe est un liquide homogène d une vive couleur verte. Cependant, c est un mélange. Comment identifier les différents colorants qui le constituent? Le mot chromatographie vient du grec Khrôma qui signifie couleur. En effet, à l origine, cette technique servait à séparer des molécules végétales colorées (pigments) contenues dans un mélange. Actuellement, elle est utilisée pour identifier ou séparer tout type d espèces chimiques contenues dans un mélange homogène. Le principe est de faire se déplacer les différentes molécules sur un support absorbant fixe grâce à un liquide appelé éluant qui s y répand. Chaque molécule de par ses propriétés se déplacera à des vitesses différentes donc plus ou moins loin de son point de départ. Par comparaison avec le déplacement de molécules connues, on identifiera les molécules contenues dans le mélange étudié. Lorsqu on réalise une chromatographie, il faut préciser : 1) Le support ou phase stationnaire. Ici on utilisera du papier à chromatographie. 2) L éluant ou phase mobile. Ce sera de l eau salée. On comparera la menthe à deux colorants connus du commerce (la tartrazine et le bleu patenté). A. Déroulement : 1 ) Préparation de la cuve à chromatographie : le bécher Verser environ 0,5 cm d éluant dans le bécher. 17

18 2 ) Préparation du papier à chromatographie Découper un papier à chromatographie d une hauteur de 5 mm de plus que la hauteur du bécher. Dessiner à la règle un trait au crayon de bois appelé "ligne de dépôt" à 1 cm du bord inférieur de la feuille de papier. Tracez sur ce trait 3 croix équidistantes sous lesquelles figurent les lettres J, B et M. 3 ) Réalisation de la chromatographie Déposez à l'aide d'une pique en bois sur chaque croix une petite goutte de colorant à étudier. Attention : une pique différente pour chaque colorant. - Le colorant jaune (J) La tartrazine - Le colorant bleu (B) Le bleu patenté - La menthe verte (M) Sécher les gouttes au sèche-cheveux. Appeler le professeur afin de : Placer le papier dans le bécher en évitant qu il ne touche aux bords et que la ligne de dépôt ne trempe dans l éluant. Attention : éviter de bouger la cuve pendant l élution. Attendre la migration de l éluant (5 à 10 minutes). Sortir le papier à chromatographie de la cuve et tracer délicatement au crayon de bois la ligne de front de l'éluant. Sécher le papier filtre au sèche-cheveux. 18

19 HS2 : Comment établir la composition d un liquide d usage courant? B. Observation, analyse et exploitation des résultatss : Légender le schéma ci-dessous avec éluant, papier à chromatographie, bécher, ligne de dépôt, J, B, M. Chromatogramme Faire un schéma ci-dessus du chromatogramme obtenu en y plaçant les tâches colorées, la ligne de dépôt et le front de l éluant. Répondre aux questions suivantes avec des phrases précises et complètes : 1 ) On a plusieurs phases distinctes : le papier, l éluant, les colorants. Compléter le tableau en cochant les cases correspondant : Phases Papier à chromatographie Eluant Colorant Phase liquide Phase solide Phase mobile Phase fixe 19

20 2 ) Que fait l éluant au cours de l expérience? 3 ) Que se passe-t-il pour les colorants? 4 ) Quels sont les taches qui sont constituées d une seule molécule et de deux molécules? Justifier. 5 ) Sachant que deux molécules positionnées au même endroit sur le même papier sont identiques, indiquer quels sont les noms des molécules de colorants constituant la menthe verte en justifiant le choix. 20

21 HS2 : Comment établir la composition d un liquide d usage courant? C. Bilan de l analyse : La molécule responsable de la couleur bleue est une plus grosse molécule que celle responsable du jaune. Les formules brutes de ces deux molécules sont C 16H 9 N 4 Na 3 O 9 S 2 et C 27 H 31 N 2 O 7 S 2 Na. A l aide de ces informations ainsi que celles de l étiquette du début, compléter le tableau suivant : Les différents colorants constituant la coloration de la menthe verte Modèles moléculaires compacts Formules brutes Noms Code de colorant E 131 Appeler le professeur 21

22 Exercice 1 Exercices Pour chaque ligne, entourer la (ou les) bonne(s) réponse(s). A B C D 1. Dans la liste, celui qui n est pas un élément chimique est Le symbole correct du carbone est... le fer l eau l hydrogène l air Co C CA Ca 3. Le numéro atomique d un atome détermine... Le nombre de protons dans le noyau Le nombre de neutrons dans le noyau Le nombre total de protons et de neutrons dans le noyau Le nombre d électrons autour du noyau 4. Le numéro atomique du carbone est 6, son nombre de masse est 12, l atome de carbone possède... 6 neutrons 6 protons 6 électrons 12 électrons 5. Le numéro atomique du calcium est 20. L atome de calcium possède... Exercice 2 20 neutrons 20 protons 20 électrons 10 protons et 10 neutrons Compléter le tableau suivant (consulter votre classification périodique). Élément carbone hydrogène oxygène azote Symbole Na K F Fe Exercice 3 Compléter le tableau ci-dessous avec les groupes de mots suivants : chargé positivement ; chargé négativement ; électriquement neutre. atome noyau électrons proton neutron 22

23 Exercice 4 Choisir la bonne réponse. a. Le nombre de masse A est le nombre total de protons et de neutrons de protons et d électrons. b. Le nombre de protons est égal au nombre d électrons n est pas égal au nombre d électrons. c. Le numéro atomique Z indique le nombre de protons de neutrons. d. Les électrons sont des constituants du noyau de l atome. Exercice 5 Le métal aluminium est préparé à partir d un minerai, la bauxite, contenant de l oxyde d aluminium. Le symbole de l atome d aluminium est a. Que représentent les nombres 27 et 13? b. Combien de protons son noyau contient-il? c. Combien l atome d aluminium a-t-il d électrons en mouvement autour du noyau? Exercice 6 Le numéro atomique permet de reconnaître un atome.en utilisant le tableau de la classification périodique, compléter ce tableau. Numéro atomique Z Nom de l atome 23

24 Exercice 7 Cinq éléments ont été volontairement effacés de l extrait de la classification périodique des éléments ci-dessous. Principales colonnes I II III IV V VI VII VIII 1 1 H hydrogène 4 2 He hélium 7 3 Li lithium 9 4 Be béryllium 11 5 B bore?? 16 8 O oxygène 19 9 F fluor Ne néon? Mg magnésium? Si silicium P phosphore S soufre Cl chlore Ar argon K potassium? 1) Dans l extrait de la classification périodique des éléments cidessus, chaque élément est représenté sous la forme : A ZX. Quel est l élément dont le nombre de masse est 32?. Quel est le symbole de l élément dont le nombre Z est 16? Donnez le nom et le symbole de l élément de cet extrait de la classification périodique dont les propriétés chimiques sont voisines de celles du chlore. Élément :... Symbole : 2) Replacez les éléments suivants dans le tableau de la classification ci-dessus : 27 Al 23 Na 12 C 14 N 40 Ca aluminium sodium carbone azote calcium 24

25 Exercice 8 Complétez le tableau ci-dessous : Symbole de l atome Nombre d électrons Nombre de protons Nombres de neutrons 23 Na H S C O Exercice 9 Cochez les cases correspondant aux affirmations exactes : Les électrons ne portent pas de charge électrique. Les éléments d une même colonne ont des propriétés chimiques voisines. Un atome est électriquement neutre. La lettre A représente le numéro atomique. Le lithium et le sodium ont des propriétés chimiques voisines. Le soufre et le chlore possèdent le même nombre d électrons sur leur couche externe. Exercice 10 Un élément possède 6 électrons sur sa couche électronique externe. Dans quelle colonne de la classification périodique des éléments est-il situé? 25

26 Exercice 11 Compléter chaque phrase. a. Une molécule est un assemblage d... liés entre eux. b. Pour connaître la composition d une molécule, on utilise une... c. La molécule d eau de formule H 2 O est composée de... atomes d hydrogène de d... atome d... d. Les molécules peuvent être représentées par des... moléculaires. e. Le modèle moléculaire de la molécule d eau est composé de deux boules de couleur... et d une boule de couleur... Exercice 12 Donner la formule des molécules suivantes : dihydrogène :... dioxygène :... eau :... dioxyde de carbone :... méthane :... Exercice 13 Parmi les écritures suivantes : H 2 ; O ; CH 4 ; Co ; CO ; C ; Cu. a. Lesquelles sont les formules de molécules? b. Lesquelles sont les formules d atomes. 26

27 Exercice 14 2O 2 ; 2 O ; O 3 ; O 2. Laquelle de ces quatre écritures représente : a. une molécule de dioxygène? b. deux molécules de dioxygène? c. deux atomes d oxygène? Exercice 15 Le propane est un gaz dont la molecule comporte trois atomes de carbone et huit atomes d hydrogène. Quelle est sa formule chimique? Exercice 16 Indiquer pour chaque molécule, le nom et le nombre de chaque atome. CO 2 : H 2 O : H 2 SO 4 : C 2 H 6 : Exercice 17 Quel est l élément commun à ces différents corps : calcaire CaCO 3 ; butane C 4 H 10 ; glucose C 6 H 12 O 6 ; gaz carbonique CO 2 27

28 Fiche sécurité Consignes lors de travaux pratiques en chimie : - Cheveux attachés ; - Mettre la blouse ; - Mettre les sacs sur les côtés de la salle et les manteaux au porte-manteaux ; - Manipuler debout ; - Manipuler les liquides au-dessus de l évier ; - Manipuler le matériel avec précaution ; - Garder les protections nécessaires tant que les produits sont sur la paillasse. 28

29 Tableau périodique 29

30 Feuille de route Activité 1 : Validée le. Activité 2 : Validée le. Faire les exercices 1 à 6 Activité 3 : Validée le. Faire les exercices 7 à 10 Activité 4 : Validée le. Faire les exercices 11 à 17 Activité 5 : Validée le Activité 6 : Validée le 30

31 Auto-évaluation des objectifs Activité N Activité 1 Activité 2 Activité 3 Activité 4 Activité 5 Objectifs Déterminer la composition chimique de l eau minérale Connaître la formule de l eau Suivre un protocole expérimental Créer un document qui servira de support pour le cours Comprendre l organisation de la classification périodique Savoir représenter un atome dans le modèle de Bohr Savoir représenter un atome dans le modèle de Lewis Comprendre l existence des molécules comme l eau Utiliser le modèle de Lewis et les modèles moléculaires pour réaliser une molécule Ecrire la formule brute et développée d une molécule Réaliser une molécule avec un modèle moléculaire Identifier différentes molécules dans un produit Suivre un protocole expérimental Equilibrer une équation chimique Activité 6 Réaliser une chromatographie Suivre un protocole expérimental 31