Les transformations de la matière

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1 STE Questions 1 à 28, A à E. Verdict 1 QU EST-CE QU UNE TRANSFORMATION DE LA MATIÈRE? (p. 108) 1. Indiquez si chacun des phénomènes suivants décrit une transformation physique, une transformation chimique ou une transformation nucléaire. Expliquez vos réponses. a) Une flaque d eau qui s évapore au soleil. Une transformation physique parce qu il s agit d un changement d état. b) Le gaz propane qui brûle dans un barbecue. Une transformation chimique parce qu il y a un dégagement de chaleur et lumière. c) Une planche de bois qu on scie en deux. Une transformation physique parce qu il s agit d une déformation. d) La transmutation du plomb en or. Une transformation nucléaire parce qu il s agit d une réorganisation du noyau des atomes. 2 LES TRANSFORMATIONS CHIMIQUES (p ) 2. Pour chacune des situations suivantes, donnez au moins un indice qui permet de reconnaître qu il s agit d une transformation chimique. A B Un changement de couleur. La formation d un gaz. 1

2 C D La formation d un précipité et un changement de couleur. Le dégagement de chaleur ou de lumière. 3. Représentez chacune des réactions suivantes à l aide d une équation chimique. Précisez l état physique de chaque substance. a) Un atome de zinc solide réagit avec deux molécules d acide chlorhydrique (HCl) en solution pour former une molécule de dichlorure de zinc (ZnCl 2 ) en solution et une molécule de dihydrogène gazeux. Zn (s) + 2 HCl (aq) ZnCl 2(aq) + H 2(g) Formation d un gaz b) Deux atomes de sodium solide réagissent avec deux molécules d eau liquide pour former deux molécules d hydroxyde de sodium (NaOH) en solution et une molécule de dihydrogène gazeux. 2 Na (s) + 2 H 2 O (l) 2 NaOH (aq) + H 2(g) Formation d un gaz c) La réaction d une molécule de propane (C 3 H 8 ) gazeux avec cinq molécules de dioxygène gazeux produit trois molécules de dioxyde de carbone gazeux et quatre molécules de vapeur d eau. C 3 H 8(g) + 5 O 2(g) 3 CO 2(g) + 4 H 2 O (g) + chaleur Libération de chaleur d) Lorsqu on mélange deux molécules de chlorure de sodium (NaCl) en solution avec une molécule de dinitrate de baryum (Ba(NO 3 ) 2 ) en solution, il y a formation de deux molécules nitrate de sodium (NaNO 3 ) en solution et d une molécule de dichlorure de baryum sous forme de précipité solide. 2 NaCl (aq) + Ba(NO 3 ) 2(aq) 2 NaNO 3(aq) + BaCl 2(s) Formation d un précipité 4. La synthèse de l eau se fait selon l équation : 2 H 2(g) + O 2(g) 2 H 2 O (l). Si l on fait réagir 2 g de dihydrogène avec 16 g de dioxygène, quelle masse d eau sera formée? Laissez des traces de vos calculs. Masse totale des réactifs = Masse totale des produits 16 g de dioxygène + 2 g de dihydrogène = 18 g d eau 2

3 5. Lorsqu on fait réagir du magnésium avec de l acide chlorhydrique, il y a dégagement d un gaz : le dihydrogène. Si l on effectue cette réaction dans un bécher ouvert, que deviendra la masse du contenu du bécher? Expliquez votre réponse. La masse diminuera puisque le gaz va s échapper du bécher Conservation de la masse respectée 6. Indiquez si chacune des équations suivantes est balancée ou non. Expliquez vos réponses. a) Na + O 2 Na 2 O 2 Non. 2 Na + O 2 Na 2 O 2 b) C + O 2 CO 2 Oui. c) 2 C 2 H O 2 4 CO H 2 O Oui. d) CH CI 2 CCI HCI Non. CH Cl 2 CCl HCl 7. Balancez chacune des équations suivantes. a) Mg + O 2 MgO 2 Mg + O 2 2 MgO b) Fe + O 2 Fe 2 O 3 4 Fe + 3O 2 2 Fe 2 O 3 c) C 3 H 8 + O 2 CO 2 + H 2 O C 3 H O 2 3 CO H 2 O d) KOH + H 2 SO 4 K 2 SO 4 + H 2 O 2 KOH + H 2 SO 4 K 2 SO H 2 O 8. L oxyde de cuivre (CuO) se forme selon l équation suivante : 2 Cu + O 2 2 CuO. Si l on fait réagir quatre moles de cuivre avec suffisamment de dioxygène, combien de moles d oxyde de cuivre obtiendra-t-on? Laissez des traces de vos calculs. 2 Cu + O 2 2 CuO Masse Mole 4 moles? 4 moles On obtiendra quatre moles d oxyde de cuivre. 4

4 9. Soit la réaction suivante : 2 Na + 2 H 2 O 2 NaOH + H 2. Combien de moles d hydroxyde de sodium seront produites si l on fait réagir complètement 46 g de sodium? Laissez des traces de vos calculs. 2 Na + 2 H 2 O 2 NaOH + H 2 Masse 46 g Mole 2 moles? 2 moles n = m/m n = (46g)/(23g/mol) n = 2 moles Il y aura production de deux moles d hydroxyde de sodium. 10. Voici la réaction de synthèse de l ammoniac : N H 2 2 NH 3. Écrivez l équation de la décomposition de l ammoniac. 2 NH 3 N H Lorsqu on mélange une solution d acide chlorhydrique avec du bicarbonate de sodium, il y a dégagement de dioxyde de carbone, selon l équation suivante : HCl (aq) + NaHCO 3(s) NaCl (aq) + H 2 O (l) + CO 2(g). Si l on fait réagir 200 ml d une solution d acide chlorhydrique avec suffisamment de bicarbonate de sodium, quelle devrait être la concentration molaire de la solution si l on veut obtenir 4,4 g de dioxyde de carbone? Laissez des traces de vos calculs. Masse HCl (aq) + NaHCO 3(s) NaCl (aq) + H 2 O (l) + CO 2(g) 4,4 g Mole? 0,1 mole 0,1 mole 0,1 mole = 0,5 mole 200 ml 1000 ml La concentration de la solution devra être de 0,5 mol/l. 12. Le fer rouille en présence de dioxygène selon l équation suivante : 4 Fe (s) + 3 O 2(g) 2 Fe 2 O 3(s). Quelle masse de fer a été transformée si l on obtient 20 g de rouille? Laissez des traces de vos calculs. 4 Fe (s) + 3 O 2(g) 2 Fe 2 O 3(s) Masse? 14 g 20 g Mole 0,25 mole 0,125 mole m = Mn m = (56g/mol).(0,25mol) m = 14 g n = m/m n = (20g)/(160g/mol) n = 0,125 moles n = m/m n = (4,4g)/(44g/mol) n = 0,1 mole Il faudra environ 14 g de fer pour produire 20 g de rouille. 5

5 dans les classes où le manuel Observatoire est utilisé. 13. Indiquez si chacun des phénomènes suivants décrit une réaction endothermique ou une réaction exothermique. a) La cuisson d un œuf. Une réaction endothermique. b) L électrolyse de l acide chlorhydrique. Une réaction endothermique. c) Le fonctionnement d une pile. Une réaction exothermique. d) 4 Fe (s) + 3 O 2(g) 2 Fe 2 O 3(s) + énergie Une réaction exothermique. e) 6 C (s) + 3 H 2(g) + énergie C 6 H 6(l) Une réaction endothermique. f) La combustion du bois. Une réaction exothermique. 14. La synthèse de l ammoniac est une réaction très répandue en industrie. Effectuez le bilan énergétique de cette réaction afin d estimer la quantité d énergie qu elle dégage ou qu elle absorbe. Énergie absorbée par les réactifs : (1 mole)(+946 kj/mol) + (3moles)(+435 kj/mol) = kj Énergie dégagée par les produits : (6 moles)(-389 kj/mol) = Bilan énergétique = 2251 kj 2334 kj = - 83 kj Donc la réaction dégage 83 kj. Réaction exothermique 15. La synthèse du dioxyde d azote est un phénomène endothermique. Quelle quantité d énergie faudra-t-il fournir pour produire six moles de NO 2? Laissez des traces de vos calculs. N 2(g) + 2 O 2(g) + 67,6 kj 2 NO 2(g) Masse Mole 202,8 kj 6 moles 67,6 kj = 202,8 kj 2 moles de NO 2 6 moles de NO kj La réaction aura besoin de 202,8 kj. 6

6 16. La combustion complète d une mole de carbone dégage 393,5 kj. Si l on veut obtenir 900 kj, quelle masse de carbone devra-t-on brûler? Laissez des traces de vos calculs. C (s) + O 2(g) CO 2(g) + 393,5 kj Masse? 27,4 g 900 kj Mole 2,29 moles 900 kj m = Mn m = (12g/mol).(2,29 moles) m = 27,4 g 393,5 kj = 900 kj 1 moles de C 2,29 moles de C Donc, il faudra 27,4 g de carbone pour produire 900 kj. 17. Lorsqu on mélange une solution d acide chlorhydrique (HCI) avec une solution d hydroxyde de potassium (KOH), les deux substances réagissent. a) De quel type de réaction chimique s agit-il? C est une réaction de neutralisation b) Écrivez l équation chimique de cette réaction. HCl (aq) + KOH (aq) KCl (aq) + H 2 O (l) 18. Dans une réaction de neutralisation acidobasique, qu arrive-t-il au ph de la solution acide? Expliquez votre réponse. Le ph augmente puisque le ph d un acide est inférieur à 7 et que le ph résultant d une réaction complète de neutralisation acidobasique est de Qu est-ce qu une oxydation? Donnez deux exemples d oxydation. Une oxydation est un changement impliquant de l oxygène. La combustion est donc une oxydation Exemples. Le bois qui brûle, la corrosion des métaux, l oxydation de certains fruits et légumes, etc. 20. Afin d apprendre à maîtriser les incendies, les pompiers doivent étudier les trois conditions indispensables à la naissance d un feu. Quelles sont ces conditions? Il faut un comburant et un combustible. De plus, il faut que le combustible atteigne sa température d ignition. 7

7 21. Quelle est la différence entre un comburant et un combustible? Donnez un exemple pour chacun. Un comburant cause la combustion. Réponses variables. Exemple. Le dioxygène. Un combustible subit la combustion. Réponses variables. Exemple. Le bois. 22. Pour chacun des énoncés suivants, indiquez s il s agit d une combustion vive, d une combustion spontanée ou d une combustion lente. a) Un incendie est provoqué par un chiffon imbibé d essence. Combustion spontanée ou oxydation b) Le fer rouille facilement dans les milieux humides. Combustion lente ou oxydation c) Il est agréable de se réunir autour d un feu de camp. Combustion vive ou oxydation d) Plusieurs variétés de fruits coupés laissés à l air libre se détériorent rapidement. Combustion lente ou oxydation 23. Qu est-ce qui distingue la photosynthèse de la respiration cellulaire? Nommez au moins cinq différences. Réponses variables. Exemples. Dégage de l énergie. Respiration cellulaire Absorbe de l énergie. Photosynthèse Produit du dioxyde de carbone. Transforme le dioxygène. Transforme le glucose. Se produit chez les végétaux et les animaux. Transforme l énergie chimique en énergie thermique et en énergie mécanique. 3 LES TRANSFORMATIONS NUCLÉAIRES (p ) Transforme le dioxyde de carbone. Produit du dioxygène. Produit du glucose. Se produit uniquement chez les végétaux. Transforme l énergie solaire en énergie chimique. 24. Ce type de rayons radioactifs est très dommageable pour la santé. Heureusement, il peut être bloqué par une simple feuille de papier. De quel type de rayons s agit-il? Les rayons alpha. 9

8 25. L irradiation des aliments est un procédé qui permet de tuer les micro-organismes nuisibles et de prolonger la conservation des aliments. On utilise des isotopes comme le cobalt 60 pour irradier les aliments. Sachant que les rayons radioactifs doivent parcourir une certaine distance et traverser complètement les aliments à irradier, quel type de rayons serait le plus approprié pour cette application? Expliquez votre réponse. Les rayons gamma parce que ce sont les plus pénétrants de tous. 26. La scintigraphie est une méthode d imagerie médicale qui permet de visualiser certains organes en action. Pour l utiliser, on injecte une substance radioactive au patient ou à la patiente. Les substances radioactives employées ont généralement un temps de demi-vie très court. Expliquez pourquoi. Les substances radioactives qui ont un temps de demi-vie très court pourront être éliminées plus rapidement par l organisme. 27. Même si la radioactivité peut être néfaste pour la santé, elle présente tout de même de nombreux avantages. Nommez deux applications industrielles de la radioactivité. L irradiation des aliments, qui a pour but d augmenter leur temps de conservation. L irradiation de certains matériaux, afin d améliorer leur qualité. Production électricité et imagerie médicale. 28. Indiquez si chacune des réactions nucléaires suivantes décrit une fusion ou une fission. Expliquez votre réponse a) 92 U + 0 n 54 Xe + 38 Sr n Il s agit d une fission parce que les produits ont des noyaux plus petits que le réactif b) 1 H + 1 H 2 He + 0 n Il s agit d une fusion parce que le produit a un noyau plus gros que les réactifs c) 3 Be + 0 n 2 He + 1 H Il s agit d une fission parce que les produits ont des noyaux plus petits que le réactif d) N + He O + p Il s agit d une fusion parce que le produit a un noyau plus gros que les réactifs e) Al + He P + n Il s agit d une fusion parce que le produit a un noyau plus gros que les réactifs. 9

9 QUESTIONS SYNTHÈSES A. La combustion d un litre d essence fournit environ 30 MJ, c est-à-dire 3, J, tandis que la réaction d une mole de zinc avec du dioxygène fournit environ 350 kj, soit 3, J. Quelle masse de zinc faudrait-il utiliser pour obtenir autant d énergie qu avec la combustion de 20 litres d essence? M Zn = 65,39 g/mol J = J 65,39 g de Zn = g de Zn 1 L d essence 20 L d essence J J B. L essence est principalement constituée d octane (C 8 H 18 ). Lorsque l octane brûle dans le moteur d une automobile, il réagit principalement selon l équation chimique suivante : C 8 H 18(l) + O 2(g) CO 2(g) + H 2 O (g) (équation non balancée) a) Balancez cette réaction. 2 C 8 H 18(l) + 25 O 2(g) 16 CO 2(g) + 18 H 2 O (g) b) Si une automobile consomme en moyenne 14 kg d essence par semaine, combien de moles de dioxyde de carbone rejettera-t-elle dans l air en moyenne par semaine? 2 C 8 H O 2 16 CO H 2 O Masse g Mole 122,8 moles? 982,5 moles n = m/m n = (14000g)/(114g/mol) n = 122,8 moles La combustion de 14 kg d essence rejette 982,5 moles de dioxyde de carbone dans l air. C. La rareté du pétrole et les changements climatiques motivent les scientifiques à chercher des solutions de rechange pour alimenter les voitures. L une d entre elles est l utilisation de la poudre de métal. Par exemple, le zinc réagit avec le dioxygène gazeux en produisant de l oxyde de zinc solide (ZnO) tout en libérant une grande quantité d énergie. Les résultats préliminaires sont très prometteurs. a) Écrivez l équation balancée de cette réaction. 2 Zn (s) + O 2(g) 2 ZnO (s) + Énergie b) De quel type de transformation chimique s agit-il? Il s agit d une oxydation, d une combustion ou d une synthèse 10

10 c) Normalement, lorsqu un métal réagit en présence d oxygène, l énergie libérée est peu perceptible. Expliquez pourquoi. Normalement, il s agit d une combustion lente, donc la réaction se produit sur une longue période. L énergie libérée semble moins considérable parce qu elle est dissipée graduellement dans l environnement. d) Les chercheurs croient que l utilisation de poudre de métal pour alimenter les voitures serait moins dommageable pour l environnement que l utilisation de l essence. Expliquez pourquoi. Contrairement à l essence (composé organique), la combustion de la poudre de métal (inorganique) ne produit pas de dioxyde de carbone, un gaz qui contribue à l effet de serre. D. La combustion de la poudre de zinc est-elle une réaction endothermique ou exothermique? Expliquez votre réponse. C est une réaction exothermique, puisqu elle libère de l énergie. Diagnostic 1. Pourquoi est-il difficile de se protéger des rayons émis par les éléments radioactifs? Pourquoi ces rayons sont-ils dommageables pour la santé? Certains rayons, comme les rayons gamma, ne sont arrêtés que par des matériaux de haute densité, comme le béton ou le plomb. Ils peuvent donc facilement traverser le corps humain. De plus, ces rayons peuvent être néfastes pour la santé puisqu ils ont la capacité de modifier l ADN des cellules des êtres vivants, ce qui peut entraîner le développement de cellules cancéreuses. 2. Le césium 137 a une demi-vie d environ 30 ans. Est-il normal qu après plus de 20 ans, les taux de radioactivité dans le sol soient encore si élevés? Expliquez votre réponse. Oui, puisque qu une demi-vie de 30 ans signifie qu il faut 30 ans pour que la moitié de la quantité de césium soit désintégrée. Ainsi, après 20 ans, il en reste toujours plus de la moitié. 11