Transformations chimiques et activité physique

1
cHaPitre
12
Transformations chimiques
et activité physique
L’activité 4 permet d’établir le bilan énergétique de cer-
taines transformations se déroulant dans notre orga-
nisme.
SITUATION 3
Pour modéliser correctement une réaction, l’écriture
proposée doit utiliser les symboles exacts et non modi-
fiables des espèces chimiques qui interviennent et doit
aussi respecter la conservation des atomes au cours de
la transformation. Ici, l’écriture proposée n’est pas cor-
recte : il n’y a pas conservation des atomes de carbone
et d’hydrogène. Au cours des différentes activités, l’ap-
prentissage de l’écriture correcte et ajustée d’une équa-
tion de réaction sera systématiquement repris.
activités
Activité 1
Des réactions dans notre corps p. 176
1. Dans le tube 1, on observe une coloration noire (ou
bleu très foncé).
Dans le tube 2, on observe l’apparition d’un précipité
rouge d’oxyde de cuivre (I) Cu2O.
2. et 3. Les tests effectués permettent de parvenir aux
résultats suivants :
Test Eau iodée Liqueur de Fehling
Tube 3 Coloration noire :
il reste de l’amidon
Incolore :l’amidon
atotalement disparu
Tube 4 Précipité rouge :ilya
apparition de glucose
Précipité rouge :ilya
apparition de glucose
Les compétences à acquérir du chapitre 11
1. Savoir décrire un système chimique et son
évolution.
2. Savoir écrire l’équation chimique d’une transfor-
mation.
3. Connaître les effets thermiques d’une transfor-
mation.
Évaluation diagnostique p. 174
SITUATION 1
L’amidon contenu dans le pain est « hydrolysé »
(découpé en molécules plus petites grâce à une réac-
tion avec l’eau). Cette hydrolyse conduit à la formation
de sucres, d’où la sensation sucrée ressentie. La diges-
tion est un ensemble de transformations chimiques
de dégradation des aliments se produisant à plusieurs
niveaux de notre appareil digestif.
L’activité 1 est un exemple d’hydrolyse de l’amidon
au laboratoire.
SITUATION 2
Aux transformations chimiques est souvent associé
un dégagement de chaleur (transfert thermique). Ces
transformations produisent de l’énergie : au quotidien,
nous connaissons nombre de ces transformations appe-
lées « combustions ». Cependant, des transformations
chimiques « qui font du froid » parce qu’elles ont besoin
d’énergie existent.
L’activité 3 met en évidence quelques transforma-
tions chimiques ou physiques et leur bilan énergétique.
Le programme
Notions et contenus Compétences attendues
–Système chimique.
–Réaction chimique.
– Écriture symbolique de la réaction chimique : équation de
la réaction chimique.
–Décrire un système chimique et son évolution.
–Écrire l’équation de la réaction chimique avec les nombres
stœchiométriques corrects. Exemple d’une combustion.
–
Pratiquer une démarche expérimentale pour mettre en évidence
l’effet thermique d’une transformation chimique ou physique.
– Étudier l’évolution d’un système chimique par la caractérisation
des espèces chimiques présentes à l’état initial et à l’état final.

2
Chapitre 12 Transformations chimiques et activité physique
2. Un réactif (respectivement un produit) est une espèce
chimique dont la quantité de matière diminue (res-
pectivement augmente) au cours de la transformation
chimique.
3. La masse d’un système chimique reste constante au
cours d’une transformation chimique.
4. Une transformation chimique s’arrête dès lors qu’un
des réactifs a été totalement consommé.
2 1. différente
2. augmente.
3. diminue.
4. reste constante.
3 Transformations physiques : aet c.
Transformations chimiques : b,det e.
4
Système A. Réactifs : C et O
2
;réactif limitant : O
2
;
produit : CO2; espèce spectatrice : N2.
Système B. Réactifs :Cu2+et Zn ; réactifs limitants : Zn
et Cu2+; produits : Cu et Zn2+; espèces spectatrices :
H2O et SO42-.
5 1. Butane, dioxygène et diazote.
2. a.Le butane, car sa quantité diminue visiblement.
b. Les réactifs sont le butane et le dioxygène de l’air.
c. Le réactif limitant est le butane.
3. a.Le test àl’eau de chaux met en évidence le dioxyde
de carbone.
b. Le sulfate de cuivre anhydre met en évidence la pré-
sence d’eau.
4. Le diazote est une espèce spectatrice.
5.
État initial
• Butane
• Dioxygène
• Diazote
Æ
État final
• Dioxygène
• Diazote
• Dioxyde de carbone
• Eau
6 1. Dioxygène O2(g) et fer Fe (s).
2. C’est une transformation chimique, car il y a forma-
tion d’une nouvelle espèce chimique qui s’accompagne
de la production de lumière et d’un transfert thermique
(libération de chaleur).
3. Le fer et le dioxygène sont consommés :ce sont les
réactifs.
4. L’oxyde de fer est formé, c’est un produit.
5. Oxyde de fer Fe2O3(s) et Fe (s).
État initial
• Dioxygène
•Fer
Æ
État final
•Fer
•Oxyde de fer
ture du système augmente : l’eau reçoit de l’énergie et
cette énergie est libérée lors de la dissolution du solide.
Expérience 4 : la température augmente, la cire reçoit
de l’énergie et fond.
3. Une transformation exothermique est une transfor-
mation qui libère de l’énergie par transfert thermique
et la cède àce qui se trouve dans son environnement.
Une transformation endothermique est une transforma-
tion qui absorbe de l’énergie par transfert thermique.
Elle prend cette énergie à son environnement.
4. Les transformations exothermiques sont les expé-
riences 1et 2et la dissolution de l’hydroxyde de sodium.
Les transformations endothermiques sont la dissolution
du chlorure d’ammonium et l’expérience 4.
Activité 4
Le sportif : une usine à transformations
chimiques p. 179
1. Un processus aérobie est un processus se produisant
en présence de dioxygène, contrairement au proces-
sus anaérobie qui s’effectue, quant à lui, en l’absence
totale de dioxygène.
2. a. La transformation se produisant lors d’un proces-
sus aérobie peut être considérée comme une combus-
tion complète.
b. C6H12O6+6O2Æ6CO2+6H2O.
3. a.Énergie musculaire =2 800 ¥25%=700,0 kJ.
b. n(glucose) =11 500
700 0,
=16,42 mol.
mglucose =2,96 ¥103gª3 kg.
Ce résultat, important, montre que d’autres sources
d’énergie sont mises à contribution dans l’organisme.
4. a. Les autres sources énergétiques sont les lipides
et les protides.
b. 2C15H26O6+37 O2Æ30 CO2+26 H2O.
5. C6H12O6Æ2C3H6O3.
6. Une combustion complète.
7. Les réactifs d’une combustion complète d’une espèce
chimique donnée sont l’espèce chimique elle-même (le
combustible) et le dioxygène en excès (le comburant).
Les produits de la réaction sont du dioxyde de carbone
et de l’eau. Cette transformation est toujours exother-
mique.
exercices
OBJECTIF 1 : Décrire un système chimique est
son évolution.
1
1. Un système est le siège d’une transformation
chimique lorsque la nature chimique de ses consti-
tuants change.

3
14 a. Transformation chimique exothermique.
b. Transformation chimique exothermique.
c. Transformation physique exothermique.
d. Transformation physique endothermique.
15 1. a. Non, la solidification de l’eau est une transfor-
mation physique.
b. De la glace qui fond reçoit de l’énergie, le processus
inverse absorbe donc de l’énergie et est donc endother-
mique.
2. La dissolution du nitrate d’ammonium est donc
endothermique, elle reçoit l’énergie de l’eau, qui voit
son stock d’énergie diminuer suffisamment ici pour voir
son état physique changer.
16 1. (NH4)2Cr2O7(s) ÆCr2O3(s) +4H2O (ℓ)+N2(g).
2. La transformation est exothermique, l’énergie libé-
rée lui permet de s’auto-entretenir.
EXERCICES DE SYNTHÈSE
18 1. Conservation des atomes (éléments) et conser-
vation de la charge.
2.aCr2O72-(aq)+bH3O+(aq)+cC2H6O (aq)
Æ dCr3+(aq) +eC2H4O2(aq) +f H2O (ℓ).
Conservation Relations
chrome 2a=d
oxygène 7a+b+c=2e +f
hydrogène 3b+6c=2e+2f
carbone 2c=2e
charge – 2a +b=3d
Si a=2, alors d=4, b=16, f =27, c=e=3, soit :
2 Cr2O72-(aq) +16 H3O+(aq) +3C2H6O (aq)
Æ 4 Cr3+(aq)+3C2H4O2(aq) +27 H2O (ℓ).
19
1. L’état initial est constitué d’ions Cu
2+
(couleur
bleue), des ions SO42-et du zinc Zn.
2. La coloration bleue disparaît : les ions du cuivre sont
les réactifs, de surcroît limitants.
3. Du métal cuivre Cu.
4. Mise en évidence des ions Zn2+.
5. Oui, si le réactif limitant est Cu2+et que le mélange
initial est non stœchiométrique.
6. L’état final contient des ions Zn2+, des ions SO42-, du
zinc métal (Zn) et du cuivre métal (Cu).
7. Cu2+(aq) +Zn (s) ÆCu (s) +Zn2+(aq).
20
1. L’état initial est constitué d’eau liquide et de
sodium métal.
2. La phénolphtaléine met en évidence les ions OH-.
Le test à la flamme met en évidence les ions Na+.
Le gaz détonant à la flamme est du dihydrogène.
OBJECTIF 2 : Modéliser une transformation
chimique par une équation.
7 a. Correct.
b. Faux :3Fe (s) +2 O2(g) ÆFe3O4(s).
c. Correct.
d. Faux :CaCO3(s) +2H+(aq)
ÆH2O (ℓ)+Ca2+(aq) +CO2(g).
9 1. N2(g) +2H2(g) ÆN2H4(g).
2. 2 C2H6(g) +7O2(g) Æ6H2O (ℓ)+4CO2(g).
3. CuO (s) +2H+(aq) ÆCu2+(aq) +H2O (ℓ).
4. 11 H2O (ℓ)+6CO2(g) ÆC12H22O11 (s) +6O2(g).
5. CH4(g) +2 Cℓ2(g) ÆC (s) +4 HCℓ(g).
6. C2H6O (ℓ)+3O2(g) Æ3H2O (ℓ)+2CO2(g).
7. Zn (s) +2H+(aq) ÆZn2+(aq) +H2(g).
10 L’airbag
L’ai rba g es t u n cou ssi n front al qui se g onf le t rès ra pi de -
ment lors d’une collision, de façon à éviter tout contact
entre le conducteur et le volant, par exemple. Au moment
du choc, une étincelle active la décomposition thermique
de l’azoture de sodium solide (NaN3). Il se forme du métal
sodium (Na) et il y a libération de diazote moléculaire (N
2
).
1. Identifier le(s) réactif(s) et le(s) produit(s) de la réaction
chimique.
L’azoture de sodium NaN
3
solide est le réactif, le sodium
métal Na et le diazote N2gazeux sont les produits.
2. Écrire l’équation chimique équilibrée en ajustant les
nombres stœchiométriques.
2 NaN3(s) Æ2 Na (s) +3N2(g).
3. Pourquoi l’airbag gonfle-t-il lors du choc ?
Au cours de la transformation, il y a libération d’un gaz,
qui occupe un volume supérieur au solide.
11 1. C6H12O6(s) +6O2(g) Æ6CO2(g) +6H2O (ℓ).
2. 2 C15H26O6(s) +37 O2(g) Æ30 CO2(g) +26 H2O (ℓ).
12 1. C5H10O3N2+H2OÆC3H7O2N+C2H5O2N.
2. 4C3H7O2N (ℓ)+15 O2(g)
Æ12 CO2(g) +14 H2O (ℓ)+2N2(g).
OBJECTIF 3 : Comprendre les effets thermiques
d’une transformation.
13 1. a. Transformation exothermique.
b. Augmentation de la température, certains change-
ments d’état (fusion, ébullition, sublimation) dans le
système et aux alentours du système.
2. a.Transformation endothermique.
b. Diminution de température, certains changements
d’état (solidification, condensation, liquéfaction) dans le
système et aux alentours du système (voir exercice 15).

4
Chapitre 12 Transformations chimiques et activité physique
2. Les produits détectés sont l’eau et le dioxyde de car-
bone : on peut éliminer la proposition b.
3. a.n(solide) =n(NaHCO3)/2.
b. M(NaHCO3)=84 g · mol-1;M(Na2O) =62 g · mol-1;
M(Na2CO3)=106 g · mol-1.
c. n(NaHCO3)=2,4 ¥10-2g.
d. n(solide) =1,2 ¥10-2mol.
Si le solide formé est du Na2O, la masse sera :
msolide =0,7 g.
Si le solide formé est du Na2CO3la masse sera :
msolide =1,3 g.
e. On déduit des résultats précédents que la bonne
proposition est la d.
24 1. Chaque fois que deux molécules de monoxyde
de carbone rencontrent une molécule de dioxygène,
il se forme deux molécules de dioxyde de carbone.
2. a.Il va se former 4CO2.
b. Le réactif limitant est CO, puisqu’il reste du dioxy-
gène.
c. 4 molécules de CO2, 3 molécules d‘O2et 1 molécule
de CO.
3. Au niveau macroscopique, à chaque fois que 2 moles
de CO sont simultanément consommées avec une mole
de O2,ilseforme 2 moles de CO2.
4. Mélange 1 : 1 mole de O2et 4 moles de CO2.
Mélange 2 : 5 moles de O2, 10 moles de CO2.
Mélange 3 : 6 moles de CO2.
3. Il reste de l’eau (s’il n’y en avait pas, il ne resterait ni
solide ni liquide, ce qui n’est pas le cas ici), qui est donc
le réactif en excès.
4. Na (s) +H2O (ℓ)ÆNa+(aq) +OH-(aq) +H2(g).
21 1. a. C6H12O6(s) +6 O2(g) Æ6CO2(g) +6 H2O (ℓ).
b. n(glucose) =3¥10-2mol.
L’énergie libérée est E=3¥10-2¥2 800 =84 kJ.
Avec le calcul direct, on obtient E=93 kJ.
2. a.2C18H34O2(s) +51 O2(g)
Æ 36 CO2(g) +34 H2O (ℓ).
b. n(acide oléique) =2¥10-2mol. L’énergie libérée est
E=2¥10-2¥11 120 =2¥102kJ.
22 1. Le gaz formé est du dioxyde de carbone CO2.
2. HCO3-(s) +H+(aq) ÆCO2(g) +H2O (ℓ).
3. et 4.
m m m
CO
2
1 2
 -
.
mCO2Réactif limitant
Expérience 1 0,22 g Acide chlorhydrique
Expérience 2 0,44 g Les deux simultanément
Expérience 3 0,44 g Hydrogénocarbonate de sodium
5. La quantité de matière de produit formé dépend de
celle du réactif limitant.
EN ROUTE VERS LA PREMIÈRE
23 1. On peut éliminer la proposition a, qui ne res-
pecte pas la conservation de l’atome de carbone.