De l air aux molécules

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1 CHIMIE 1 De l air aux molécules ACTIVITES Activité 1 : Étudier l air qui nous entoure Document A : L air, c est toute une histoire! Réponses aux questions 1. L atmosphère est indispensable à la vie car elle contient le dioxygène nécessaire à la respiration. Elle nous protège aussi des météorites. 2. Le dioxygène est apparu en quantité notable sur terre il y a 2 milliard d années. Les végétaux chlorophylliens ont transformé le dioxyde de carbone en dioxygène par photosynthèse. 3. Les deux principaux constituants de l air sont le diazote et le dioxygène. Il y a environ 78 % de diazote et 21 % dioxygène (et 1 % d autres gaz). 4. L air est constitué d un mélange de plusieurs substances, donc c est un mélange. 5. Document B : Comprendre l importance du dioxygène Réponses aux questions 1. Carte d identité du dioxygène Nom : dioxygène. Découverte : 1771 par Priestley et Scheele. Obtention : distillation de l air, photosynthèse. État physique : gazeux à température ambiante. Température d ébullition : 183 C À partir du texte de la page 14, on peut ajouter : Date de naissance : est apparu en quantité notable il y a 2 milliards d années. Quantité : 21 % en volume de l atmosphère. 2. L opération pour séparer le dioxygène des autres constituants de l air liquide est la distillation (fractionnée). 3. Utilisations possibles du dioxygène : respiration, oxygénation de malades en anoxémie, chalumeaux. 4. On n observe pas de palier lors de la distillation de l air liquide car l air liquide est un mélange. Le palier n existe en effet que pour la distillation d un corps pur. Chimie 1 Corrigés 1

2 5. Le dioxygène est nécessaire à la respiration des êtres vivants (et donc pour l élevage, l agriculture ). Vers le bilan L expression «prendre un bol d air pur» n a pas de sens en chimie car l air est un mélange. L appellation «air pur» risque d entretenir la confusion avec un corps pur. On comprend toutefois bien le sens courant de cette expression. Activité 2 : Découvrir les constituants de la matière Investigation A : Observer un phénomène : la diffusion Propose une hypothèse Par analogie avec l observation de la diffusion de l encre dans l eau, on peut penser que les gaz vont se mélanger par diffusion des deux gaz. Réalise une expérience S il n y a pas de problème avec l encre, il faut faire attention à la manipulation du dioxyde d azote qui est toxique. Conclus Pour Lucrèce, la matière est constituée de petites particules appelées molécules. Cela permet d expliquer la diffusion : ces petites particules, tels des grains de sable, peuvent se mélanger. Expérience B : Interpréter un phénomène à l aide des molécules Réponses aux questions 1. Après agitation, le bocal ne présente plus les deux couches de sable distinctes. Les grains des deux couleurs sont mélangés. 2. Le nombre de grains de sable n a pas varié car le bocal est resté fermé au cours de l expérience Les molécules se comportent comme les grains de sable, le phénomène de diffusion observé correspond à l agitation du bocal. Vers le bilan Non, on n aurait pas d explication. On ne pourrait que constater le phénomène. D où l intérêt de ce modèle des molécules (maintenant vérifié par les observations des scientifiques). Activité 3 : Utiliser le modèle des molécules Document A : Interpréter les différences entre les états de la matière 1. Durant une ouverture de jeu, les joueurs peuvent se déplacer librement sur la surface du terrain. Lors d une mêlée fermée, les joueurs sont en contact et immobiles les uns par rapport aux autres. Lors d une mêlée ouverte, ils sont en contact mais peuvent se déplacer les uns par rapport aux autres. 2. Ouverture de match état gazeux : les molécules peuvent se déplacer librement les unes par rapport aux autres. Mêlée ouverte état liquide : les molécules sont en contact, mais peuvent se déplacer les unes par rapport aux autres. Mêlée fermée état solide : les molécules sont immobiles et en contact les unes avec les autres. Chimie 1 Corrigés 2

3 3. L eau n a une forme propre qu à l état solide. Les analogies avec le match de rugby aident à le comprendre. 4. Dans les états liquides et solides, tout l espace (le terrain) n est pas occupé (comme dans les mêlées), alors qu un gaz occupe tout l espace (comme les joueurs occupent tout le terrain à l ouverture). C est à l état gazeux que l espace entre les molécules (entre les joueurs) est le plus grand. Donc c est dans cet état que l eau est le plus compressible. 5. État Solide Liquide Gaz Forme propre Oui Non Non Occupation de l espace Partielle Partielle Totale Compressible Non Non Oui Investigation B : Interpréter des changements d état Propose une hypothèse Tous les dessins sont faux : soit le nombre de molécules n est pas conservé (Vincent, Sandra) ; soit la transformation n est pas représentée dans le bon sens (Delphine). Interprète Liquide Solide Conclus Le nombre de molécules est conservé au cours de la fusion, donc la masse d un corps pur ne varie pas au cours de ce changement d état. Investigation C : Interpréter ce qui se passe lors d un mélange Propose une hypothèse La masse indiquée tient compte des deux liquides et des béchers. Il faut donc laisser les deux béchers sur la balance après le mélange. La masse ne varie pas lors du mélange, et on observe un mélange homogène. Chimie 1 Corrigés 3

4 Interprète Conclus La masse du mélange est conservée, car le nombre de molécules est conservé. Vers le bilan Le volume n est pas conservé au cours d un changement d état ou d un mélange, parce que la distance entre les molécules n est pas la même dans les différents états physiques. EXERCICES Exercice 1 : Légender un schéma 78,09 % de diazote, 20,95 % de dioxygène, 0,93 % d argon, 0,03 % de dioxyde de carbone (il s agit bien sûr d air sec). Exercice 2 : Décrire le dioxygène 1. À température ambiante, le dioxygène se trouve à l état gazeux. 2. On trouve du dioxygène dans la nature grâce à la photosynthèse. 3. Dans l industrie, le dioxygène est obtenu par distillation fractionnée de l air liquide. 4. Quelques applications du dioxygène : respiration, oxygénation, chalumeaux. Exercice 3 : Décrire les états de l eau 1. Voir les schémas du bilan p État solide : ordonnées, rapprochées. État liquide : désordonnées, peu liées, rapprochées. État gazeux : très agitées, espacées, non liées. Exercice 4 : Compléter des phrases a. Les corps sont constitués de petites particules invisibles à l œil nu, les molécules. L étude de ces petites particules permet de comprendre les propriétés macroscopiques des corps. b. Un corps pur est constitué à l échelle microscopique d une seule sorte de molécules, alors qu un mélange est constitué de plusieurs sortes de molécules. c. L air est constitué de plusieurs types de molécules, alors que l eau pure ne contient qu un seul type de molécules. Exercice 5 : Étudier un changement d état 1. Oui, le nombre de molécules reste constant lors d une vaporisation car la masse se conserve au cours d un changement d état. Chimie 1 Corrigés 4

5 2. Oui, la masse reste constante puisque le nombre de molécules reste constant. 3. Non, le volume occupé varie puisque la distance entre les molécules dépend de l état physique. Exercice 6 : Être rigoureux L air est un mélange, donc on ne peut pas parler de molécules d air. L air est principalement constitué de molécules de dioxygène et de molécules de diazote. Exercice 7 : Retrouver les bonnes légendes 1. b 2. e 3. c 4. a 5. d 6. f Exercice 8 : À toi d expliquer! La fusion de la glace est un changement d état. Or, lors d un changement d état, le nombre de molécules est conservé. La masse ne varie donc pas. J applique Exercice 10 : À toi de jouer! 1. Ce gaz est constitué de molécules de dioxyde d azote. 2. Voir le schéma page 20 du manuel. 3. Les molécules de dioxyde d azote sont très éloignées, donc ce gaz est compressible. 4. Comme tout gaz, le dioxyde d azote n a pas de forme propre. 5. Oui, il occupe tout l espace dans le récipient où il est placé. Exercice 11 : Utiliser les molécules Mélange d eau et d huile : représentation microscopique Exercice 12 : Quelle est la quantité d air dans une pièce? 1. Voir l essentiel p. 21 du manuel. 2. Volume de la pièce : 6 " 2,5 " 4 = 60 m 3. Volume de dioxygène : 60 " =12,2 m3. Exercice 13 : Des gaz qui se mélangent 1. Aude Faux, les molécules ne sont pas réparties de manière homogène. Sabrina Faux, il n y a pas conservation du nombre de molécules (il manque un carré vert). Benoît Faux, il n y a pas conservation du nombre de molécules. Chimie 1 Corrigés 5

6 2. Exercice 14 : Deux liquides qui se mélangent 1. C est la diffusion. 2. Les molécules de l encre se mélangent à celles de l eau. 3. Non, ce phénomène n est pas observable facilement pour l état solide, même s il existe aussi (utilisé dans certains domaines de la métallurgie). Exercice 15 : Un changement d état de l eau Ce dessin représente une vaporisation : on observe en bas de l eau à l état liquide et en haut de l eau à l état gazeux. Exercice 16 : La diffusion de la glace 1. Oui, au cours de la fusion de la glace, le nombre de molécules est conservé. 2. Non, la nature des molécules n est pas modifiée (c est une transformation physique). 3. Il y a passage d un état ordonné à un état désordonné. 4. Voir les schémas p. 20 du manuel. Exercice 17 : Miscibles ou non? 1. Tube 1 : on ne peut pas voir les différents constituants à l œil nu, le mélange est homogène. Tube 2 : on peut distinguer deux constituants, le mélange est hétérogène. 2. La première peinture est miscible à l eau, la seconde n est pas miscible à l eau. 3. J approfondis Exercice 18 : Des volumes de gaz 1. Tous les gaz, dans les mêmes conditions de température et de pression, contiennent le même nombre de molécules (loi d Avogadro - Ampère). Chimie 1 Corrigés 6

7 2. Non, tous les molécules ne possèdent pas la même masse (le nombre de molécules est le même mais la masse n est pas la même). 3. Masse de 10,0 L d air : 12,6 " ,4 " 20 =13,0 g. 100 Exercice 19 : Pourquoi sent-on les parfums? 1. Le phénomène mis en jeu est la diffusion. 2. Exercice 20 : Laissez-moi respirer! 1. À cause de la respiration, la quantité de dioxygène dans la salle diminue alors que celle de dioxyde de carbone augmente. 2. L aération permet de maintenir un taux de dioxygène constant dans la pièce. Exercice 21 : Respirez à plein régime 1. C est le dioxygène qui joue un rôle fondamental dans l organisme. 2. Une bonne oxygénation du corps permet une diminution des effets du stress ainsi qu une augmentation du tonus et de la vitalité. 3. Les obstacles à une bonne oxygénation sont notre mode de vie (peu de sport), les tensions musculaires dues au stress, les mauvaises postures. Les remèdes sont l activité physique et les exercices respiratoires. Mène l enquête!! Exercice 22 : Une tenue pour l espace Dans l espace, il n y a pas d atmosphère, et donc pas de dioxygène, indispensable à la respiration. Le spationaute doit donc emmener avec lui sa réserve de dioxygène. C est pour cela qu il a un scaphandre. Exercice 23 : La respiration des végétaux On place la tranche de carotte crue dans un tube à essai fermé. On place la tranche de carotte cuite dans le second tue à essai, fermé lui aussi. Dans le tube à essai fermé contenant la tranche de carotte crue, il y a consommation du dioxygène de l air et formation de dioxyde de carbone par la respiration. On met en évidence le dioxyde de carbone grâce à l eau de chaux. Il ne se passe rien dans le tube contenant la tranche de carotte cuite. Chimie 1 Corrigés 7

8 Exercice 24 : Mène l enquête au CDI Oui, il est possible que Jules césar ait respiré le même air que nous, car la quantité d air est constante sur Terre. Exercice 25 : Plus rien? La bouteille ne contient pas de liquide, mais il y a forcément de l air dedans. Pour le voir, il suffit de retourner la bouteille dans un bol contenant de l eau : des bulles d air s échappent de la bouteille. Exercice 26 : Un équilibre vital Les êtres vivants absorbent du dioxygène et rejettent du dioxyde de carbone au cours de la respiration. Grâce à la photosynthèse, les végétaux chlorophylliens transforment une partie de ce dioxyde de carbone en dioxygène. Une expérience simple et amusante : Ah! ces fuites d eau! 1. C est l eau chaude qui s écoule le plus rapidement. 2. Les molécules d eau se déplacent plus vite dans l eau chaude que dans l eau froide. Le débit de molécules passant dans le trou percé est donc plus grand dans le cas du gobelet d eau chaude. DOSSIERS Environnement Pollution : conséquences directes et indirectes 1. Exemples de polluants : hydrocarbures, ozone, dioxyde de carbone, dioxyde d azote. 2. Origine de ces polluants : les activités humaines en général. 3. On peut savoir si l air est pollué en observant l état du ciel par exemple ou en regardant un bulletin météo. Écologie Les pluies acides 1. Les pluies acides se forment par dissolution des gaz et fumées des automobiles et de l industrie. 2. Fumées : particules solides en suspension dans l air. 3. Exemples d effets des pluies acides sur le lacs et les forêts : disparitions de biotopes aquatiques, etc. 4. Les scientifiques luttent contre ces pluies en cherchant à limiter les émissions de gaz et de fumées à l origine des pluies acides. Développement durable La chimie se met au vert 1. La protection de l environnement a amené les chimistes à revoir leurs méthodes de travail. 2. Applications de la chimie verte : synthèse diverses (carburant vert, médicaments, etc.) 3. Analgésique : médicament qui permet de lutter contre la douleur. 4. Le sous-produit obtenu est lui aussi commercialisable. De plus, sa fabrication évite la dispersion des déchets dans la nature. Chimie 1 Corrigés 8