De la transformation chimique à l équation de réaction

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1 CHIMIE 4 De la transformation chimique à l équation de réaction ACTIVITES Activité 1 : Étudier les dangers associés à une combustion Document A : Connaître les dangers du monoxyde de carbone Réponses aux questions 1. «Tout appareil qui brûle un combustible, que ce soit du charbon, du fuel, du bois ou du gaz peut émettre du monoxyde de carbone». Il faut tout de même des conditions particulières : tirage réduit (= arrivée d air réduite), aérations bouchées 2. Les symptômes d une intoxication au monoxyde de carbone sont des maux de tête, des nausées, des vomissements, des vertiges, une grande fatigue musculaire, et même l évanouissement ou la mort. 3. Dès les premiers symptômes (il faut donc être vigilant à ce que l on ressent), il faut aérer les pièces dans lesquelles on se trouve et appeler les secours (pompiers et SAMU). Pour prévenir ces intoxications, il faut veiller au bon entretien des appareils de chauffage qui utilisent des combustibles : aérations non bouchées 4. L absence d odeur du monoxyde de carbone nous empêche de le sentir et son absence de couleur de le voir : on ne peut donc pas le détecter facilement en utilisant nos sens. 5. Une combustion incomplète est une combustion au cours de laquelle il manque du dioxygène : il se forme alors un gaz dangereux, le monoxyde de carbone. Expérience B : Réaliser une combustion incomplète 1. Expérience 1 Expérience 2 De la buée apparaît sur la coupelle. De la buée apparaît sur les parois du tube à essai. Des traces noires apparaissent sur la coupelle. L eau de chaux se trouble : du dioxyde de carbone s est formé. 2. C est de la «suie» qui s est formée sur la coupelle. Cette substance est noire, elle doit contenir du carbone. 3. butane + dioxygène dioxyde de carbone + eau 4. On ne peut pas utiliser cette réaction pour l expérience n 2 puisqu il apparaît du carbone (et peutêtre du monoxyde de carbone) parmi les produits et pas dans l expérience n Combustion complète : elle est réalisée dans l expérience n 1. Il y a suffisamment de dioxygène pour que tous les atomes du butane se réarrangent avec des atomes d oxygène pour former du dioxyde de carbone et de l eau. Combustion incomplète : elle est réalisée dans l expérience n 2. Il manque du dioxygène (et donc des atomes d oxygène à réarranger) : il se forme du dioxyde de carbone et de l eau et, en plus, du carbone tout seul (qui n a pas trouvé d atomes d oxygène avec lesquels il peut se combiner). Vers le bilan Lors de la combustion incomplète du butane, les produits sont de l eau, du dioxyde de carbone, du carbone et du monoxyde de carbone (cf. texte). Chimie 4 Corrigés 1

2 Activité 2 : Découvrir ce qui se conserve lors d une transformation chimique Investigation A : Vérifier l affirmation de Lavoisier Réalise une expérience Peser le morceau de craie et le flacon bouché contenant l acide. Introduire le morceau de craie dans le flacon et refermer avec le bouchon pour que le dioxyde de carbone formé ne parte pas. Peser le flacon bouché à la fin de la transformation chimique, c'est-à-dire quand le gaz a cessé de se dégager. Conclus L expérience valide les propos de Lavoisier. Au cours d une transformation chimique, la masse des réactifs est égale à la masse des produits. Investigation B : Ajuster une équation chimique La conservation de la masse se traduit dans une équation par les chiffres (= les coefficients) que l on va mettre devant les formules chimiques des molécules qui interviennent dans la transformation chimique. «Ajuster» une équation de réaction, c est mettre les bons coefficients pour respecter la conservation des éléments et de la masse lors d une transformation chimique. Le terme «ajuster» a été choisi en lien avec le programme de seconde. Vers le bilan Au cours d une transformation chimique, le nombre d atomes de chaque type ne change pas, il y a seulement des réarrangements qui se produisent : il va donc falloir «ajuster» le nombre d atomes de chaque type parmi les réactifs et les produits grâce à des coefficients. EXERCICES Je vérifie mes connaissances Exercice 1 : Choisir le bon mot a. Au cours de la combustion complète du butane, le butane et le dioxygène disparaissent et de l eau et du dioxyde de carbone apparaissent. b. Le depôt noir observé sur la soucoupe est du carbone produit lors de la combustion incomplète du butane. c. La combustion incomplète du butane peut donner un gaz incolore, et toxique : le monoxyde de carbone. Exercice 2 : Écrire des réactions 1. Réactifs dioxygène butane Produits carbone eau monoxyde de carbone dioxyde de carbone 2. Produits d une combustion complète du butane : eau et dioxyde de carbone. 3. butane + dioxygène eau + dioxyde de carbone Chimie 4 Corrigés 2

3 Exercice 3 : Anticiper un danger 1. Les causes d une combustion incomplète peuvent être un mauvais réglage de l installation et une mauvaise aération des pièces. Les risques sont un mauvais fonctionnement des appareils de chauffage et une intoxication au monoxyde de carbone. 2. Faire entretenir régulièrement son installation de chauffage et ne pas boucher les aérations prévues dans les pièces permet d éviter un combustion incomplète. Exercice 4 : Connaître le monoxyde de carbone 1. Le monoxyde de carbone peut donner des vertiges, des maux de tête, des nausées, voire une perte de connaissances pouvant aller jusqu à la mort. 2. C est un gaz. 3. Il est incolore. 4. Il est inodore. 5. Il se forme lors d une combustion incomplète (du butane par exemple). Exercice 5 : Comprendre une équation de réaction 1. Il y a 1 atome de carbone, 4 atomes d hydrogène et 4 atomes d oxygène parmi les réactifs. 2. Il y a 1 atome de carbone, 4 atomes d hydrogène et 4 atomes d oxygène parmi les produits. 3. L équation de réaction est bien ajustée, la conservation des atomes, et donc de la masse, a été respectée. Exercice 6 : Écrire une équation de réaction 1. Le méthane et le dioxygène sont les réactifs. 2. L eau et le dioxyde de carbone sont les produits. 3. CH O 2 CO H 2 O + + Exercice 7 : Énoncer une loi Lors d une transformation chimique, la masse totale des réactifs au départ est égale à la masse totale des produits à la fin. Exercice 8 : Prévoir un résultat La balance indiquera 120,4 g. La craie et l acide chlorhydrique vont réagir ensemble pour former plusieurs produits dont du dioxyde de carbone (qui est à l état gazeux). On sait que la masse se conserve au cours d une transformation chimique donc la masse à la fin de la transformation sera la même qu au début. Exercice 9 : Identifier un type de combustion a. Il s agit d une combustion complète. b. Il s agit d une combustion incomplète. Exercice 10 : Vrai ou faux a. Faux. Les atomes se réarrangent pour former les produits. b. Vrai. c. Faux. Il y autant d atomes présents dans les réactifs que d atomes présents dans les produits. d. Vrai. Exercice 11 : Trouver les bons coefficients a. O C 2 CO b. CH O 2 CO H 2 O c. 2 C 4 H O 2 8 CO H 2 O Chimie 4 Corrigés 3

4 J applique Exercice 13 : La combustion du propane 1. Réactifs : propane et dioxygène ; produits : eau et dioxyde de carbone. 2. La formule chimique du propane est C 3 H C 3 H O 2 3 CO H 2 O Exercice 14 : La combustion de l aluminium 1. Réactifs : aluminium et dioxygène ; produits : oxyde d aluminium. 2. La formule chimique de l alumine est Al 2 O Al + 3 O 2 2 Al 2 O 3 Exercice 15 : Retour sur la combustion du carbone 1. C + O 2 CO 2 2. Il se forme 33 g de CO 2 car la masse des produits est égale à la masse totale des réactifs. Exercice 16 : Une bouteille de gaz 1. Le dépôt noir est constitué de carbone. 2. Le mauvais réglage des brûleurs provoque une combustion incomplète du butane. Les brûleurs ne laissent pas arriver suffisamment de dioxygène. 3. Pour empêcher le dépôt noir de se former, il faut vérifier le réglage des brûleurs de la cuisinière. Lors d une combustion complète, la flamme est de couleur bleue. Exercice 17 : La combustion du fer 1. 4 Fe + 3 O 2 2 Fe 2 O 3 2. Si 1 L (1000 ml) de O 2 pèse 1,43 g, alors 100 ml pèse 0,143 g et 250 ml pèseront 2,5 x 0,143, c'est-àdire 0,357 g. 3. On a obtenu 0,8 + 0,357 = 1,157 g d oxyde de fer soit environ 1,16 g. Exercice 18 : Sécurité : les bons gestes 1. b 2. a 3. b Exercice 19 : Un équilibre parfait 1. C + 2 H 2 CH H 2 + O 2 2H 2 O 3. C + O 2 CO Fe + 2 O 2 Fe 3 O 4 Exercice 20 : Un briquet 1. 2 C 4 H O 2 8 CO H 2 O 2. On doit sécher le tube à essai pour être sûr que la buée formée est bien un produit de la transformation chimique et non un résidu d eau sur les parois du tube qui serait mal séché. 3. On peut utiliser du sulfate de cuivre anhydre pour vérifier que les gouttelettes formées sur les parois sont bien de l eau : en présence d eau, le sulfate de cuivre anhydre vire du blanc au bleu. 4. Le dioxyde de carbone formé peut être mis en présence avec de l eau de chaux. L eau de chaux se trouble au contact du dioxyde de carbone. Exercice 21 : À toi d expliquer! C est la jeune fille qui a raison : ce n est pas parce que le gaz occupe toute la place qu il a à disposition qu il va peser plus lourd. Lors d une transformation chimique, la masse ne varie pas car le nombre d atomes ne change pas. Chimie 4 Corrigés 4

5 Exercice 22 : Des équations et des symboles a. C + O 2 CO 2 + b. 2 H 2 + C CH 4 + c. CH O 2 CO H 2 O + + Exercice 23 : Réaliser une expérience 1. Lors de la combustion complète du butane dans le dioxygène, il se forme du dioxyde de carbone et de l eau. 2. L eau peut être mise en évidence par du sulfate de cuivre anhydre, par apparition de buée sur les parois d un récipient bien sec dans lequel la combustion a lieu. Le dioxyde de carbone peut être mis en évidence avec de l eau de chaux. J approfondis Exercice 24 : Quand le fer brûle 1. Le fer brûle dans le dioxygène pour former de l oxyde de fer Fe + O 2 2 FeO 3. Il ne se forme pas de dioxyde de carbone au cours de cette combustion car le fer ne contient pas d atome de carbone avec lequel les atomes d oxygène du dioxygène pourraient se réarranger. Exercice 25 : Une chaudière à gaz 1. 2 C 4 H O 2 8 CO H 2 O 2. V air = l " L " h V air = 3" 4 " 3 = 36 m 3 3. L air contient 20% de dioxygène : 20 m 3 de O m 3 d air? m 3 de O 2 36 m 3 d air 20 " Il y a 7,2 m 3 de dioxygène dans la pièce. = 7,2 m3 Même raisonnement pour la question suivante : 0,6 m 3 consommés 1 h 7,2 m 3 consommés? h 1" 7,2 0,6 =12 h Il faut 12 h pour consommer tout le dioxygène de cette pièce. 4. Si cette pièce est hermétiquement fermée, l air qui s y trouve ne peut pas être renouvelé. Si la chaudière à gaz fonctionne, elle consomme du dioxygène : il faut impérativement que de l air «neuf» puisse arriver. À défaut, il manquera de dioxygène dans cette pièce et on risque l asphyxie. Exercice 26 : Sécurité : bien utiliser une gazinière 1. La cuisine doit être bien aérée car elle consomme du dioxygène lors de la combustion du gaz : il faut renouveler l air de la pièce grâce aux aérations. Chimie 4 Corrigés 5

6 2. Il faut remplacer le tuyau flexible avant la date limite car il se détériore tout au long de son utilisation. S il n est pas remplacé, il peut être la source de fuites de gaz dans la pièce. 3. Les produits ménagers sont souvent inflammables : à proximité de la table de cuisson, ils peuvent être à l origine d un incendie. Exercice 27 : Le gaz de ville 1. Une fuite de gaz dans un appartement ou une maison peut être l origine d une explosion. 2. Le produit mal odorant va permettre de pouvoir sentir le gaz et donc de détecter une éventuelle fuite. 3. Lorsque l on sent une odeur de gaz dans une pièce, il faut immédiatement ouvrir toutes les fenêtres et appeler GDF avant de sortir de l immeuble. Attention! Il ne faut surtout pas utiliser d appareils électriques où il peut se produire des étincelles. Pour prévenir les voisins, il ne faut donc pas utiliser leur sonnette électrique mais frapper à leur porte! Idem avec les lumières des couloirs : il ne faut pas utiliser les interrupteurs! Exercice 28 : Comprendre la combustion du fer 1. Les réactifs sont le fer et le dioxygène. Le produit est l oxyde de fer. 2. 4,55 2,12 = 2,43 g Il a brûlé 2,43 g de fer. 3. On fait une règle de trois 1 L de O 2 1,28 g 0,75 L de O 2? g 1,28 " 0,75 1 = 0,96 g 0,75 L de O 2 pèse 0,96 g. 4. La masse des réactifs est égale à la masse des produits lors d une transformation chimique : il s est donc formé 2,43 + 0,96 = 3,39 g d oxyde de fer. Exercice 29 : Santé : le tabac 1. Sur les parois du tube à essai, on observe de la buée (= de l eau) et un dépôt de goudron. 2. Goudron : dérivé houiller de couleur noire, résidu noir et collant. Il est composé de plusieurs centaines de substances chimiques dont plusieurs sont cancérigènes. 3. Fumer est dangereux pour la santé car du goudron se colle sur les parois des poumons pouvant ainsi être à l origine de cancer. Exercice 30 : Combustion d une bougie 1. Le combustible est l acide stéarique. Le comburant est le dioxygène de l air. 2. On utilise le sulfate de cuivre anhydre pour identifier l eau (= il devient bleu) et on utilise de l eau de chaux pour identifier le dioxyde de carbone (= apparition d un trouble). 3. La combustion d une bougie est une transformation chimique car des réactifs sont consommés : le dioxygène et l acide stéarique ; et des produits nouveaux sont formés : l eau et le dioxyde de carbone. Exercice 31 : Art et combustions 1. Quand la combustion est incomplète, la flamme du briquet est jaune. 2. La flamme d une bougie est jaune : la combustion d une bougie est donc incomplète. 3. La suie, produite lors d une combustion incomplète, est noire : elle contient des atomes de carbone. 4. La suie dégagée lors des combustions incomplètes des bougies va se déposer sur les œuvres d art. Elles vont donc se noircir et se détériorer. Exercice 32 : Les feux d artifice 1. Dans ces deux combustions, le comburant est le dioxygène. 2. Pour la combustion de l aluminium : les réactifs sont l aluminium et le dioxygène, le produit est l oxyde d aluminium. Pour la combustion du cuivre : les réactifs sont le cuivre et le dioxygène, le produit est l oxyde de cuivre Al + 3 O 2 2 Al 2 O 3 2 Cu + O 2 2 CuO Chimie 4 Corrigés 6

7 Exercice 33 : Histoire : Lavoisier, un chimiste de génie 1. Voir «Une phrase historique» p «Rien ne se perd, rien ne se crée : tout se transforme» : je suis d accord avec cette phrase. Lors d une transformation chimique, les atomes ne disparaissent pas et n apparaissent pas non plus mais ils se réarrangent entre eux. Mène l enquête!! Exercice 34 : Rien ne se perd On peut par exemple utiliser les modèles moléculaires Exercice 35 : Qui a raison? 1. Hypothèse : il se forme du dioxyde de carbone lors de la combustion du butane. Il se forme aussi de l eau. 2. Expérience : faire brûler du butane au-dessus d un tube à essai et observer la formation de buée sur les parois. Utiliser l eau de chaux et vérifier qu elle se trouble. Exercice 36 : La bougie qui monte Cette expérience montre la nécessité du comburant (= le dioxygène de l air ici) lors d une combustion. Privé de comburant, la bougie s éteint et l eau prend la place du dioxygène consommé en montant dans le verre. Si le bécher était rempli de dioxygène, la bougie brûlerait plus longtemps et le niveau d eau serait plus haut à la fin de l expérience. Il resterait dans le bécher les gaz formés lors de la combustion de la bougie. Chimie 4 Corrigés 7

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