SP4 - TRANSFORMATIONS CHIMIQUES ET ACTIVITE PHYSIQUE - I-LA TRANSFORMATION CHIMIQUE 1- Etat d'un système chimique On a introduit un morceau de fusain( carbone) dans un flacon contenant de l'air. Analyser Qu'allez-vous indiquer pour décrire l'état ce système chimique de façon qualitative? Quantitative? Etat du système? qualitative? quantitative? Appropriation L état d un système chimique est totalement décrit : - De façon qualitative, lorsqu on connaît les espèces..., leur état...ainsi que la...du système et également la... - De façon quantitative, lorsque, en plus la...de chacune des espèces chimiques qui le constituent est connue. 2- Evolution d un système: étude de la combustion du carbone dans le dioxygène Réaliser Document 2 Document 3 Porter un morceau de fusain à incandescence grâce au bec électrique. L introduire dans un flacon de dioxygène (document 3). Lorsque Ia combustion est terminée, ajouter de l'eau de chaux au fond du flacon. Reboucher et agiter. Analyser a. Que se passe-t-il lorsqu on introduit le fusain incandescent dans le flacon contenant du dioxygène? En resteil à la fin de la combustion? b. Qu observe-t-on dans Ie flacon après Ia réalisation du test à l eau de chaux? Valider et communiquer a. Quelles espèces chimiques sont présentes avant la combustion? Préciser leur état physique. Ces informations font partie de la description de l état initial du système. b. Quelle(s) espèce(s) chimique(s) s'est (sont) formée(s)? Quelle espèce chimique est présente avant et après
Ia combustion? Préciser pour chacune leur état physique. Ces informations font partie de la description de l état final du systéme. c.on suppose qu'à la fin de Ia combustion, il n'y a plus de dioxygène dans Ie flacon. Compléter le schéma cidessous pour décrire l évolution du systéme chimique. (La pression et la température du système sont ici celles de la salle de manipulation.) d. Si on réalise cette combustion dans l'air, que modifie-t-on pour l'état initial? Pour l'état final? Quand s'arrête la transformation? e. Lors d une transformation chimique, il y a évolution au cours du temps entre un état... (système juste avant le début de la transformation) et un état... (système une fois la transformation terminée). 3- Quelques définitions( Rappels pour certains) Une espèce chimique dont la quantité de matière diminue au cours de la transformation est appelé un...: on dit qu il est consommé. Une espèce chimique dont la quantité de matière augmente au cours de la transformation est appelé... : on dit qu il apparaît ou qu'il se forme. Une espèce chimique dont la quantité de matière ne varie pas au cours de la transformation chimique est appelée espèce chimique.... Citer un exemple par rapport aux cas précédents. L état final est atteint lorsque l un au moins des réactifs est totalement...: la transformation chimique s arrête. II- MODELISATION D UNE TRANSFORMATION CHIMIQUE : l'équation chimique Analyser L équation chimique est l écriture symbolique de la transformation chimique. Pour l'exemple précédent, a. Elle traduit à l échelle macroscopique, la consommation des réactifs et la formation des produits. Que pouvez-vous dire des espèces spectatrices? b. Comment sont représentées les espèces chimiques mises en jeu? Pourra-t-on les modifier? c. Où sont placés les produits? Les réactifs? Par rapport à la flèche qui va de gauche à droite et qui représente le sens de la transformation. d. En vous aidant des deux exemples, quelle règle est appliquée selon vous pour choisir les coefficients indiqués en rouge appelés coefficients stoëchiométriques? e. En analysant le document suivant, quelle autre règle peut-on être amené à utiliser lorsque des ions interviennent dans l'équation bilan?
Extrait d'un cours de collège http://lewebpedagogique.com/pccollege/troisieme-2/chimie-3eme/chapitre-v-lareaction-entre-lacide-chlorhydrique-et-le-fer/ Appropriation Ajuster les équations bilans suivantes ou vérifier qu elles le sont correctement. 1 2 7 6 2 4 2 III- LES EFFETS THERMIQUES D UNE TRANSFORMATION 1- Du glucose à l'énergie : le sportif, une usine à transformations Les activités physiques nécessitent un apport d'énergie : cette énergie est libérée au cours de transformations chimiques se produisant dans l'organisme et dont les réactifs de base sont les glucides, les lipides et les protides. Les besoins énergétiques journaliers d'un être humain sont estimés à 11 500 kj (kilojoules) mais, lors d'un effort physique, ces besoins augmentent considérablement et l'énergie nécessaire doit être libérée très rapidement et en quantité importante. Une des principales réserves d'énergie est le glycogène, molécule stockée dans les muscles (environ 400 g) et le foie (environ 100 g). Durant un effort physique, le glycogène libère du glucose, qui va servir de réactif à des transformations produisant de l'énergie. Schéma Bordas
La figure montre deux processus simplifiés envisageables : l'un se produit lors d'efforts intenses et brefs : c'est le processus anaérobie, l'autre se produit lors d'efforts longs et endurants : c est le processus aérobie. Le processus aérobie libère une quantité d'énergie qu'on estime à 2 800 kj/mol de glucose. L'énergie libérée par la transformation chimique n'est pas intégralement exploitée en énergie mécanique. Le muscle possède un faible rendement, seul 25 % de cette énergie va servir pour l'effort musculaire, le reste étant perdu sous forme de chaleur (qui augmenter la température du corps). Au bout de 45 minutes, le stock de glucose étant épuisé, l apport va se faire par les lipides (c est à ce moment qu on brule les graisses!). Les lipides libèrent environ une énergie 4 fois supérieure. On estime par exemple, pour la butyrine (C15H26O6) une énergie libérée de 8200 kj/mol. Analyser et s'approprier a. A partir du document, indiquer les 2 processus possibles pour le sportif qui lui permettent de fabriquer de l énergie pour le muscle. b. Ecrire les 2 équations ajustées de ces 2 transformations chimiques. c. Rechercher dans le document l énergie apportée au muscle par une mole de glucose ( penser au rendement). d. A l aide d un logiciel de dépense énergétique, calculer le coût énergétique total d une séance de 40 00 pour une distance de 10,0 km en kcal et en Kj.http://muscul.az.free.fr/dietetic/calories2.htm Valider et communiquer e. Déterminer la quantité de matière de glucose nécessaire pour compenser cette dépense (10 km). f. En déduire la masse de glucose nécessaire. g. Est-il possible de fournir cette énergie par le glucose uniquement? h. Déterminer la quantité de matière de lipide (butyrine) nécessaire pour compenser cette perte (10km). i. En déduire la masse de butyrine nécessaire. Est-ce plus envisageable? Conclusion L énergie nécessaire au sportif provient de la dégradation des aliments au cours d un ensemble de transformation chimiques intracellulaires. Cette dégradation équivaut, lors d un effort prolongé, à une combustion complète pour les glucides et les lipides et à une oxydation incomplète pour les protides. La valeur énergétique d un aliment correspond à l énergie libérée par la transformation chimique de dégradation dans l organisme de cet aliment.( Voir AE sur les fruits secs ) 2) Echange d énergie d un système au cours d'une transformation physique ou chimique Lors d activités physiques intenses ou pour le métabolisme de base, des transformations physiques et chimiques se produisent dans notre organisme. Elles s accompagnent d effets thermiques. Quels effets thermiques accompagent ces transformations? A) Transformation chimique et effet thermique Document 1 L'eau oxygénée D'après http://www.evolupharm.fr/nos-produits/hygiene-et-soins/hygiene-cutanee/30-eauoxygenee Liquide incolore, inodore et décolorant, cette solution est utilisée comme antiseptique car diluée à 10 volumes (capable de libérer dix fois son volume d oxygène gazeux). Utilisée pour désinfecter et nettoyer les plaies cutanées ou comme hémostatique (arrêt d une hémorragie) dans les saignements du nez.
Document 2 Décomposition de l'eau oxygénée Réaliser l expérience schématisée ci-dessous. Noter la température initiale Ti de la solution. Ajouter 10 ml d une solution orangée de nitrate de fer (III) de concentration C = 0,5 mol.l-1. Observer le mélange réactionnel. Noter sa température finale Tf. On souhaite mettre en évidence le gaz formé au cours de l expérience. Enflammer une pique en bois avec une allumette. Lorsque le bois est consumé sur 1 cm environ, souffler sur la pique afin d obtenir une pointe incandescente (sans la flamme). Placer alors la pique au-dessus de l erlenmeyer. Observer. Travail à effectuer 1. Comment évolue la température lors de la transformation? 2. Quelles observations montrent qu une transformation chimique a lieu lorsqu on mélange les deux solutions? 3. Le système chimique étudié est le mélange réactionnel. Le système chimique étudié absorbe-t-il de la chaleur de l extérieur ou libère-t-il de la chaleur vers l extérieur? Préciser si elle est endothermique, exothermique ou athermique. 4. Qu observe-t-on à l approche la pointe incandescente du mélange réactionnel? Quel est le gaz mis en évidence? 5. L équation de la transformation chimique s écrit : Compléter les pointillés en ajustant les nombres devant les espèces chimiques. B) Transformation physique et effet thermique 1. Utilisation d'une poche de froid en sport Document 1 Poches de froid instantané jetables en non-tissé Pour les premiers soins des petits et grands traumatismes, il suffit d une légère pression sur la poche pour obtenir une vessie à glace. Maintient la température de 0 C pendant 30 minutes. Document 2 Principe de la poche de froid Lors d'un match de football, un joueur est touché au tibia. Le soigneur pose sur le membre douloureux une «poche de froid» constituée de deux compartiments contenant respectivement un sel( solide ionique) et de l eau séparés par une membrane que le soigneur déchire avant de l appliquer. Document 3 Quelques expériences Pour chacun des trois solides ioniques du tableau ci-dessous, réaliser les manipulations suivantes : Verser environ 5 ml d eau distillée dans un tube à essai puis y plonger le thermomètre. Relever la température initiale Ti lorsqu elle est stabilisée. Ajouter trois pointes de spatule d un des solides ioniques et, sans sortir le thermomètre, agiter doucement pour que la dissolution soit totale. Noter la température finale Tf atteinte par la solution.
Travail à effectuer 1.1. Quelle observation montre qu une transformation a eu lieu? 1.2. S'agit-il d'une réaction chimique ou physique? Quel est son nom? 1.3. Quels sont les trois effets thermiques qui peuvent accompagner une transformation? Préciser laquelle est endothermique,laquelle est exothermique et laquelle est athermique. 1.4. Expliquer la sensation de froid ressentie lorsqu on utilise les poches «de froid». 2. Pourquoi une sensation de froid après avoir transpiré? Si après un effort physique on garde sur soi un vêtement mouillé par la sueur, une sensation de froid est ressentie même en restant dans une pièce dont la température reste sensiblement constante. Cette sensation est encore accrue si on reste dans un courant d air. Comment répondre à cette énigme existentielle? Pour comprendre On réalise l expérience schématisée ci-dessous. Relever la température initiale mesurée par les deux thermomètres. À l aide d un ventilateur, souffler de l air ambiant sur les deux thermomètres. Observer et noter les indications des deux thermomètres. a. b. c. d. Comment évolue la température de chaque thermomètre? Quelle transformation physique subit l eau du coton humidifié au cours de l expérience? Pourquoi cette transformation est-elle qualifiée de «physique» et non pas de «chimique»? Cette transformation absorbe-t-elle ou libère-t-elle de la chaleur? A vous de jouer et de répondre. C) Appropriation Résumer sous forme de bulles les échanges d énergie d un système au cours d'une transformation physique ou chimique. Exercices 4,5,2 et 21 pages 184,185 et 186.