Les transformations de la matière

Nom :
Groupe :
Les transformations de la matière
Verdicts et diagnostics
CHAPITRE
Verdict4 CORRIGÉ
Date :
STE
Questions 1 à 28, A à E.
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 s’agit d’une combustion.
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. 109-124)
2. Pour chacune des situations suivantes, donnez au moins un indice qui permet de reconnaître
qu’il s’agit d’une transformation chimique.
Un changement de couleur.
CORRIGÉ
Le dégagement d’un gaz.
Nom :
Groupe :
La formation d’un précipité ou un changement
Date :
Le dégagement de chaleur ou de lumière.
de couleur.
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 (ZnCl2) en solution et une molécule de
dihydrogène gazeux.
Zn(s) + 2 HCl(aq) → ZnCl2(aq) + H2(g)
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 H2O(l) → 2 [2 NaOH(aq)] + H2(g)
c) La réaction d’une molécule de propane (C3H8) gazeux avec cinq molécules de dioxygène
gazeux produit trois molécules de dioxyde de carbone gazeux et quatre molécules de
vapeur d’eau.
C3H8(g) + 5 O2(g) → 3 CO2(g) + 4 H2O(g)
d) Lorsqu’on mélange deux molécules de chlorure de sodium (NaCl) en solution avec une
molécule de dinitrate de baryum (Ba(NO3)2) en solution, il y a formation de deux molécules
nitrate de sodium (NaNO3) en solution et d’une molécule de dichlorure de baryum sous
forme de précipité solide.
2 NaCl(aq) + Ba(NO3)2(aq) → 2 NaNO3(aq) + BaCl2(s)
4. La synthèse de l’eau se fait selon l’équation : 2 H2(g) + O2(g) → 2 H2O(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.
À cause de la loi de la conservation de la masse, la masse totale des réactifs est égale à la masse totale des
produits, donc :
16 g de dioxygène + 2 g de dihydrogène = 18 g d’eau
CORRIGÉ
Nom :
Groupe :
CORRIGÉ
Date :
Nom :
Groupe :
Date :
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.
6. Indiquez si chacune des équations suivantes est balancée ou non. Expliquez vos réponses.
a) NA + O2 → Na2O2 Non.
Avant la réaction chimique
Réactifs
Na + O2
Après la réaction chimique
Nombre d’atomes
1 atome de Na
2 atomes de O
Produit
Nombre d’atomes
Na2O2
2 atomes de Na
2 atomes de O
b) C + O2 → CO2 Oui.
Avant la réaction chimique
Réactifs
C + O2
Après la réaction chimique
Nombre d’atomes
1 atome de C
2 atomes de O
Produit
Nombre d’atomes
CO2
1 atome de C
2 atomes de O
c) 2 C2H2 + 5 O2 → 4 CO2 + 2 H2O Oui.
Avant la réaction chimique
Réactifs
2 C2H2 + 5 O2
Après la réaction chimique
Nombre d’atomes
4 atomes de C
4 atomes de H
10 atomes de O
Produit
Nombre d’atomes
4 CO2 + 2 H2O
4 atomes de C
4 atomes de H
10 atomes de O
d) CH4 + 2 CI2 → CCI4 + 4 HCI Non.
Avant la réaction chimique
Réactifs
CH4 + 2 Cl2
Après la réaction chimique
Nombre d’atomes
1 atome de C
4 atomes de H
4 atomes de Cl
Produit
Nombre d’atomes
CCl4 + 4 HCl
1 atome de C
4 atomes de H
5 atomes de Cl
7. Balancez chacune des équations suivantes.
a) Mg + O2 → MgO 2 Mg + O2 → 2 MgO
Mg + O2
Mg
O2
Mg
CORRIGÉ
MgO
→
Mg
O
MgO
Mg
O
MgO
Nom :
Groupe :
2 Mg + O2
Date :
2 MgO
CORRIGÉ
Nom :
Groupe :
Date :
b) Fe + O2 → Fe2O3 4 Fe + 3O2 → 2 Fe2O3
Fe + O2
Fe2O3
→
Fe
O2
Fe
O
O
Fe2O3
Fe
O2
Fe
O
O
Fe2O3
Fe
O2
Fe
O
O
Fe
Fe
4 Fe + 3O2
2 Fe2O3
c) C3H8 + O2 → CO2 + H2O C3H8 + 5 O2 → 3 CO2 + 4 H2O
C3H8+ O2
C3H8
CO2 + H2O
→
O2
C
H
H
O
O
CO2
H2O
O2
C
H
H
O
O
CO2
H2O
O2
C
H
H
O
O
CO2
H2O
H
H
O
O
O
O
O2
O2
C3H8 + 5 O2
H2O
3 CO2 + 4 H2O
d) KOH + H2SO4 → K2SO4 + H2O 2 KOH + H2SO4 → K2SO4 + 2 H2O
KOH + H2SO4
KOH
H2SO4
KOH
K2SO4 + H2O
→
K
O
H
K
O
H
O
H
O
H
S
K2SO4 + 2 H2O
O
O
2 KOH + H2SO4
K2SO4 + 2 H2O
8. L’oxyde de cuivre (CuO) se forme selon l’équation suivante : 2 Cu + O2 → 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
2 mol
4 mol
+
CORRIGÉ
O2 → 2 CuO
2 mol
? mol
Nom :
Groupe :
On obtiendra quatre moles d’oxyde de cuivre.
CORRIGÉ
Date :
Nom :
Groupe :
Date :
9. Soit la réaction suivante : 2 Na + 2 H2O → 2 NaOH + H2. 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 H2O → 2 NaOH
2 mol
2 mol
2 mol
45,98 g
36,04 g 80,00 g
46 g
? mol
45,98 g
2 mol
46 g × 2 mol = 2,00 mol
45,98 g
+
H2
1 mol
2,02 g
Il y aura production de deux moles d’hydroxyde de sodium.
10. Voici la réaction de synthèse de l’ammoniac : N2 + 3 H2 → 2 NH3. Écrivez l’équation de la
décomposition de l’ammoniac.
2 NH3 → N2 + 3 H2
11. 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) + NaHCO3(s) → NaCl(aq) + H2O(l) + CO2(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.
HCl(aq) +
NaHCO3(s) → NaCl(aq)
1 mol
1 mol
1 mol
36,46 g
84,01 g
58,44 g
? mol
1 mol
1 mol × 4,4 g = 0,1 mol
+
H2O(l) +
1 mol
18,02 g
CO2(g)
1 mol
44,01 g
4,4 g
44,01 g
44,01 g
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 O2(g) → 2
Fe2O3(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 O2(g) → 2 Fe2O3(s)
4 mol
3 mol
2 mol
223,40 g
96,00 g 319,40 g
?g
20 g
223,40 g
319,40 g
223,40 g × 20 g = 13,99 g
319,40 g
Il faudra environ 14 g de fer pour produire 20 g de rouille.
CORRIGÉ
Nom :
Groupe :
CORRIGÉ
Date :
Nom :
Groupe :
Date :
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 O2(g) → 2 Fe2O3(s) + énergie Une réaction exothermique.
e) 6 C(s) + 3 H2(g) + énergie → C6H6(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 : 946 kJ + (3 × 435 kJ) = 2251 kJ
Énergie dégagée par les produits : 6 × 389 kJ = 2334 kJ
Bilan énergétique = 2251 kJ – 2334 kJ = -83 kJ
Donc la réaction dégage 83 kJ.
15. La synthèse du dioxyde d’azote est un phénomène endothermique. Quelle quantité d’énergie
faudra-t-il fournir pour produire six moles de NO2 ? Laissez des traces de vos calculs.
N2(g) + 2 O2(g) + 67,6 kJ → 2 NO2(g)
67,6 kJ
2 mol
? kJ
6 mol
6 mol × 67,6 kJ
2 mol
La réaction aura besoin de 202,8 kJ.
CORRIGÉ
Nom :
Groupe :
Date :
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) + O2(g) → CO2(g) + 393,5 kJ
1 mol
393,5 kJ
12 g
393,5 kJ
?g
900 kJ
12 g × 900 kJ
393,5 kJ
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 acidobasique.
b) Écrivez l’équation chimique de cette réaction.
HCl(aq) + KOH(aq) → KCl(aq) + H2O(l)
ou H+(aq) + Cl−(aq) + K+(aq) + OH− (aq) → K+(aq) + Cl− (aq) + H2O(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 7.
19. Qu’est-ce qu’une oxydation ? Donnez deux exemples d’oxydation.
Une oxydation est un changement impliquant de l’oxygène ou une substance ayant des propriétés
semblables à celles de l’oxygène.
Réponses variables. 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.
CORRIGÉ
Nom :
Groupe :
Date :
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.
b) Le fer rouille facilement dans les milieux humides.
Combustion lente.
c) Il est agréable de se réunir autour d’un feu de camp.
Combustion vive.
d) Plusieurs variétés de fruits coupés laissés à l’air libre se détériorent rapidement.
Combustion lente.
23. Qu’est-ce qui distingue la photosynthèse de la respiration cellulaire ? Nommez au moins cinq
différences. Réponses variables. Exemples.
Respiration cellulaire
Photosynthèse
Dégage de l’énergie.
Absorbe de l’énergie.
Produit du dioxyde de carbone.
Transforme le dioxyde de carbone.
Transforme le dioxygène.
Produit du dioxygène.
Transforme le glucose.
Produit du glucose.
Se produit chez les végétaux et les animaux.
Se produit uniquement chez les végétaux.
Transforme l’énergie chimique en énergie
thermique et en énergie mécanique.
Transforme l’énergie solaire en énergie chimique.
3 LES TRANSFORMATIONS NUCLÉAIRES (p. 124-131)
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.
CORRIGÉ
Nom :
Groupe :
Date :
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
Les
substances
radioactives
qui ont un temps de demi-vie très court pourront être éliminées plus
très
court. Expliquez
pourquoi.
rapidement par l’organisme.
27. Même si la radioactivité peut être néfaste pour la santé, elle présente tout de même de
nombreux avantages.
applicationsleur
industrielles
de la radioactivité.
L’irradiation
des aliments,Nommez
qui a pourdeux
but d’augmenter
temps de conservation.
L’irradiation de
certains matériaux, afin d’améliorer leur qualité.
28. Indiquez si chacune des réactions nucléaires suivantes décrit une fusion ou une fission.
235
94
140
1
1
92
Expliquez
votre
réponse.
38
54
0
0
a)Il s’agit
U + d’une
n → fission
Xe +parce
Srque
+ 2lesnproduits ont des noyaux plus petits que le réactif.
2
1
2
1
3
2
1
0
que le produit a un noyau plus gros que les réactifs.
b)Il s’agit
H + d’une
H → fusion
He + parce
n
6
3
1
0
4
2
3
1
c)Il s’agit
Be + d’une
n → fission
He + parce
H que les produits ont des noyaux plus petits que le réactif.
14
7
4
2
17
8
1
1
d’une
d)Il s’agit
N + He
→fusion
O + parce
p+ que le produit a un noyau plus gros que les réactifs.
27
13
4
2
30
15
1
0
e)Il s’agit
Al + d’une
He →
P +parce
n que le produit a un noyau plus gros que les réactifs.
fusion
CORRIGÉ
Nom :
Groupe :
CORRIGÉ
Date :
Nom :
Groupe :
Date :
QUESTIONS SYNTHÈSES
A. La combustion d’un litre d’essence fournit environ 30 MJ, c’est-à-dire 3,0 × 107 J, tandis que la
réaction d’une mole de zinc avec du dioxygène fournit environ 350 kJ, soit 3,5 × 105 J. Quelle
masse de zinc faudrait-il utiliser pour obtenir autant d’énergie qu’avec la combustion de
20 litres d’essence ?
Si 1 L d’essence fournit 30 000 000 J d’énergie, alors
20 L d’essence fourniront 600 000 000 J d’énergie.
Une mole de zinc pèse 65,39 g et fournit 350 000 J
d’énergie.
Pour obtenir 600 000 J d’énergie, il faut donc utiliser 112 097 g de zinc, soit environ 112 kg.
B. L’essence est principalement constituée d’octane (C8H18). Lorsque l’octane brûle dans
le moteur d’une automobile, il réagit principalement selon l’équation chimique suivante :
C8H18(l) + O2(g) → CO2(g) + H2O(g) (équation non balancée)
a) Balancez cette réaction.
2 C8H18(l) + 25 O2(g) → 16 CO2(g) + 18 H2O(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 C8H18 +
25 O2 →
2 mol
25 mol
228,52g
800,00 g
14 000 g
228,52 g
14 000 g × 16 mol
228,52 g
16 CO2
16 mol
704,16 g
? mol
16 mol
+
18 H2O
18 mol
324,36 g
La combustion de 14 kg d’essence rejette 980 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) + O2(g) → 2 ZnO(s)
b) De quel type de transformation chimique s’agit-il ?
Il s’agit d’une oxydation ou d’une combustion.
CORRIGÉ
Nom :
Groupe :
CORRIGÉ
Date :
Nom :
Groupe :
Date :
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, la combustion de la poudre de métal 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.
E. Préparez votre propre résumé du chapitre 4 en construisant un réseau de concepts.
Voir la section « Réseaux de concepts » dans le guide B.
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.
CORRIGÉ