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1 Chapitre2 : MODELISATION D UNE TRANSFORMATION CHIMIQUE Objectifs : Savoir que lors d une transformation chimique la masse se conserve Modéliser une transformation chimique au niveau moléculaire Savoir utiliser le tableau périodique des éléments Définir ions et savoir les identifier Compétences travaillées : Savoir émettre une hypothèse Réaliser une expérience Interpréter les résultats Communiquer les résultats avec un langage scientifique Exploiter des documents scientifiques I-CONSERVATION DE MASSE AU COURS D UNE REACTION CHIMIQUE Situation déclenchante : Pour enlever les tartres (calcaire) formés sur l évier dans la cuisine, Kenny utilise du vinaigre blanc plutôt que des produits industriels. Le calcaire disparait alors rapidement et une effervescence a lieu. Du gaz est produit alors que c est un solide et un liquide qui sont consommés comme le montre le document 2. Le gaz produit est-il plus léger que les réactifs transformés? Ya-t-il conservation de la masse lors d une transformation chimique?

2 Consigne : J émets une hypothèse Emettre une hypothèse 1- Emettre une hypothèse sur la conservation ou la non conservation de la masse lors d une transformation chimique. Réaliser une expérience 2- mesurer la masse des réactifs 3- a) Réaliser l expérience et laisser agir 10min b) Noter ce que l on observe et mesurer la masse du montage lorsque la transformation chimique est terminée c) quel est l utilité du ballon fixé sur la bouteille? Interpréter les résultats 4 a) Relever la précision de la balance b) Noter chaque masse mesurée, avant et après la transformation chimique, sous la forme m= + g c) Comparer les masses avant et après transformation chimique d) l Hypothèse peut-elle être vraie? Communiquer les résultats avec un langage scientifique 5. Rédiger une conclusion à propos de la conservation de la masse lors d une transformation chimique en utilisant les expression suivantes : Masse, transformation chimique, se conserve, réactifs, produits consommes, formés. J émets une hypothèse Correction 1. Hypothèse : je pense que lors d une transformation chimique la masse des réactifs est égale à celle des nouveaux produits formés et que la masse se conserve donc. Je réalise une expérience Remarque : Les mesures qui suivent sont données à titre indicatif, elles dépendent bien sûr du matériel utilisé. 2. Je mesure la masse du montage avant le mélange des réactifs : m1. 3. b) J observe une effervescence dans la bouteille et un gonflement du ballon (il se remplit de gaz). Mesure de la masse du montage lorsque la transformation chimique est terminée : m2

3 c) Le ballon évite que le gaz produit lors de la transformation chimique entre la craie et le vinaigre ne s échappe. Il permet ainsi de tenir compte de la masse de ce nouveau gaz formé. J interprète des résultats 4. a) La balance a une précision de 0,1 g (d où une mesure donnée à ± 0,1 g). b) Avant le mélange des réactifs : m1 x ± 0,1 g La masse m1 (avant mélange) est donc comprise entre x- 0,1 g et x +0,1g. Après le mélange des réactifs : m2 x ± 0,1 g La masse m2 (après mélange) est donc comprise x-0,1g et x+0,1g c) Je compare les masses mesurées avant et après transformation chimique : Les intervalles se chevauchent : on peut donc conclure que la masse n a pas varié au cours de la transformation chimique. m1 x- 0,1 g x+0,1 g m2 d) La masse des réactifs consommés (craie et vinaigre) étant bien égale à la masse des produits nouveaux formés, je peux valider mon hypothèse. Je communique avec un langage scientifique 5. Lors d une transformation chimique, la masse des réactifs consommés est égale à la masse des produits formés : la masse se conserve donc lors d une transformation chimique.

4 II- MODELISATION D UNE TRANSFORMATION CHIMIQUE Situation déclenchante : Le chlorure de sodium NaCl est le nom scientifique du sel. Sokhna, une élève de la troisième à Aloys Kobès, fait réagir de l acide chlorhydrique avec de la soude dans un bécher. Elle oublie de laver la verrerie. Elle revient en classe trois jours plus tard et trouve dans le bécher un résidu blanc. «C est du sel» lui dit son professeur. Document1 : Dissolution du sel dans l eau Sources : spc 3 ème Nathan édition 2017 Document2 : Phénomène de l évaporation L évaporation est une vaporisation lente au cours de laquelle l eau passe de l état liquide à l état gazeux. Sources : spc 3 ème Nathan édition 2017 Document3 : Equation bilan de la réaction entre l acide chlorhydrique et la soude Sources : spc 3 ème Nathan édition 2017

5 Document4 : Acide et soude Consigne : En utilisant les documents, aider sokhna à comprendre comment au niveau microscopique ce résidu solide de sel a été obtenu. Correction D après les doc1, le sel dont le nom scientifique est le chlorure de sodium est constitué d ions chlorures Cl - et d ions sodium Na +. Ces ions sont proches les uns des autres lorsque le sel est à l état solide comme le montre le doc1 schéma de gauche. Selon le doc1 schéma de droite, ces ions sont séparés les uns des autres et mélangés à des molécules d eau lorsque le sel y est dissous, formant ainsi de l eau salée. Le doc. 4 nous indique que l acide chlorhydrique est constitué d ions chlorure et d ions hydrogène et que la soude contient des ions sodium et des ions hydroxyde. Le document 3montre que lors de la transformation chimique entre l acide chlorhydrique et la soude, il se forme effectivement une solution constituée d ions chlorure, d ions sodium et de molécules d eau (le solvant) donc de l eau salée. Laissée à l air libre dans un bécher, l eau salée perd son eau par évaporation au contact de l air (cf. doc. 2). Seuls les ions Cl et Na + restent alors dans le bécher, formant ainsi un résidu solide de sel selon l équation suivante : ( H +, Cl - ) + ( Na +,OH - ) NaCl+ H 2 O

6 III- LE TABLEAU PERIODIQUE DES ELEMENTS D habitude, sur les murs des classes de physique-chimie, on observe le tableau périodique des éléments chimiques. Problème : comment utiliser ce tableau périodique? Consigne : Exploiter des documents scientifiques chimiques 1- Indiquer le symbole chimique du sodium et celui de l argon. 2- Où se trouvent les charges positives dans un atome? Interpréter des résultats 3- a-) Relever le symbole de l atome de cuivre dans le tableau périodique des éléments et donner la valeur de son numéro atomique. b-) En déduire le nombre de charges positives du noyau de l atome de cuivre et le nombre d électrons que possède cet atome. 4- a-) Identifier l élément dont le numéro atomique est égal à 11. b-) Rechercher quelle colonne ne contient des gaz présents dans l air appelés, gaz nobles. c-) Rechercher la colonne qui correspond aux métaux précieux les plus utilisés en bijouterie. Communiquer les résultats avec un langage scientifique 5- Lister les informations proposées par le tableau périodique des éléments. Illustrer cette liste à l aide d un exemple.

7 Vocabulaire : Eléments chimiques : ensemble des atomes et des ions (particules chargées) possédant le même numéro atomique. Numéro atomique : Nombre de charges positives que possède l élément. Il est noté Z. Correction J exploite des documents scientifiques 1. Symbole du sodium : Na; symbole de l argon : Ar 2. Les charges positives sont situées au centre de l atome, dans son noyau. J interprète des résultats 3.a) Symbole de l atome de cuivre : Cu; son numéro atomique : 29. b) L atome de cuivre possède donc 29 charges positives et 29 électrons, soit 29 charges négatives puisque l atome possède autant de chaque type de charges. 4. a) L élément dont le numéro atomique est égal à 11 est le sodium. b) Les gaz nobles présents dans l air sont tous dans la colonne n 18. c) Les métaux précieux les plus utilisés en bijouterie sont dans la colonne n 11 (l or, de symbole Au, de numéro atomique 79, n apparaît pas dans l extrait du tableau périodique du doc. 1. Il est situé sous Ag, dans la ligne n 6). Je communique avec un langage scientifique 5.Le tableau périodique répertorie l ensemble des éléments chimiques, à l aide de leur symbole. Il les classe par ordre de numéro atomique croissant (le numéro atomique d un élément est le nombre de charges positives présentes dans le noyau de cet élément : ainsi le cuivre, de symbole Cu, a 29 pour numéro atomique, son noyau contient donc 29 charges positives). Les éléments d une même colonne ont des propriétés chimiques très semblables : par exemple, les gaz nobles sont tous regroupés dans la colonne 18. Les familles de matériaux sont également regroupées. Ainsi, les métaux sont-ils placés dans le

8 centre du tableau, dans plusieurs colonnes et sur plusieurs lignes, en fonction de leurs propriétés communes. IV- LES IONS DANS UNE TRANSFORMATION CHIMIQUE A- Notion d ion Un ion est un atome qui a perdu ou gagné un ou plusieurs électrons. Certains ions sont constitués d un seul type d atome. On les appelle des ions monoatomiques. D autres sont formés par l association d atomes de types différents : ce sont des ions polyatomiques. Un atome ne peut perdre que d électrons (des charges négatives). Le nombre de protons (charges positives) ne change pas. B- - Anion ou cation Comme les atomes gagnent ou perdent des électrons (charges négatives), ils ne peuvent pas être électriquement neutre. Au départ, dans un atome, le nombre d électrons est égal au nombre de protons. Si un atome gagne un ou plusieurs électrons, la quantité d électrons (charges négatives) devient supérieure à la quantité de protons (charges positives). Dans ce cas, l ensemble sera électriquement négatif. L ion sera, alors, un anion. Inversement, si un atome perd des charges négatives, les charges positives seront plus nombreuses que les charges négatives. L ensemble sera positif. L ion fera partie de la famille des cations. Un anion est un ion négatif. Il a gagné un ou plusieurs électrons. Un cation est un ion positif. Il a perdu un ou plusieurs électrons. Remarque : Les ions polyatomiques sont le plus souvent des anions. C- Formules chimiques de quelques ions Noms des anions Formules chimiques Noms des cations Formules chimiques sulfate SO 4 2- chlorure Cl - carbonate CO 3 2- nitrate NO - 3 hydroxyde OH - hydrogénocarbonate HCO - 3 sodium Na + calcium Ca 2+ Fer II Fe 2+ Fer III Fe 3+ aluminium Al 3+ hydronium H 3 o + hydrogène H +

9 Observations : _ les anions ont des noms qui finissent par la terminaison ate; -ure ; et parfois ite. _ les cations sauf quelques ions métalliques finissent par la terminaison ium. _ Certains ions métalliques ont un chiffre romain qui indique le nombre d électrons perdus. _ lorsqu un ion possède deux lettres majuscules, cela signifie qu il est composé de deux atomes différents exemple : 4 atomes d oxygène 2- nombre d élecrons perdus SO 4 1 atome de soufre nombre d atomes Le nombre en bas à droite d une lettre indique le nombre d atomes. Il agit que sur la lettre qui le précède. L information en haut à droite d un ion nous donne le nombre d électrons perdus. _ Une lettre minuscule à côté d une lettre majuscule (par exemple : Na) permet d identifier l atome. L ensemble ne représente qu un seul atome. Exemple : L atome de sodium a pour formule Na. Sa formule commence par la lettre N comme l atome d azote. Pour la différencier, on rajoute une lettre supplémentaire du nom en minuscule. D- Solutions ioniques et composés ioniques 1 ) Composés ioniques Un composé ionique est un solide constitué par l association d anions et de cations. L ensemble doit être électriquement neutre. Exemple : Le sel est un composé ionique. Il est constitué de deux ions : _ un anion : l ion chlorure Cl _ un cation : l ion sodium Na + Or le composé ionique doit être neutre. Il possède donc autant de charges négatives que de charges positives :

10 Il faut donc un ion chlorure pour un ion sodium. La formule chimique du sel sera NaCl. Remarque : l anion. Lorsqu on écrit la formule chimique d un composé ionique, on place la formule du cation avant celle de 2 ) Solutions ioniques Une solution ionique est un liquide composé d un mélange d anions et de cations. On l obtient généralement par dissolution d un composé ionique. Dans ce cas, les ions attachés dans le composé ionique se séparent et se mélangent avec les autres molécules. Cette solution reste neutre : autant de charges négatives que de charges positives. Lorsqu on écrit le nom de la solution, l anion vient en premier puis le cation. On sépare les deux ions avec la particule de. Exemple : Solution de chlorure de fer II. Comme la solution est neutre, il faudra deux ions chlorure pour un ion fer II. BILAN Lors d une transformation chimique, la masse des réactifs consommés est à la masse des produits formés : on dit que la masse se conserve ; c est la conservation de masse de Lavoisier. Lors d une réaction chimique, les atomes des réactifs se distribuent pour former les produits L équation de réaction utilise les formules chimiques des réactifs et des produits et précise le sens dans lequel la transformation chimique a lieu. Le nombre de chaque sorte d atome est le même dans les réactifs comme dans les produits, ce qui traduit la conservation de masse. Le tableau périodique classe les éléments chimiques par ordre de numéro atomique croissant.

11 Le numéro atomique Z indique le nombre de charges positives que possède le noyau d un atome. Un atome est électriquement neutre, il possède autant de charges positives que de charges négatives. Z X, x est le symbole de l atome et Z est son numéro atomique Les ions sont des particules chargées de mêmes symboles que l atome et de signe des charges en excès.

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