Réactions chimiques — Équation et conservation

Calculer une masse

Toutes les expériences se déroulent en récipient fermé ; les masses sont des valeurs choisies pour le calcul. Pose chaque calcul.

1. 1.Dans un ballon scellé, 4 g de dihydrogène s’unissent au dioxygène et donnent 36 g d’eau ; à la fin, il ne reste rien d’autre que cette eau. Combien de grammes de dioxygène ont été utilisés ?

   1.5 pt
   Voir la correction

   32 g de dioxygène.

   L’eau, seul produit, a la masse des deux réactifs consommés : $36-4=32$.

2. 2.On chauffe 21 g de fer avec 20 g de soufre. Le fer réagit entièrement, mais il reste 8 g de soufre qui n’a pas réagi. Quelle masse de sulfure de fer s’est formée ?

   1.5 pt
   Voir la correction

   33 g de sulfure de fer.

   Soufre consommé : $20-8=12$ ; puis réactifs consommés : $21+12=33$. Les 8 g restants ne sont pas des réactifs consommés.

3. 3.On décompose entièrement 34 g d’eau oxygénée : il se forme de l’eau et 16 g de dioxygène. Quelle masse d’eau obtient-on ?

   1 pt
   Voir la correction

   18 g d’eau.

   Un seul réactif, deux produits : la masse du réactif se partage entre eux, $34-16=18$.

4. 4.Un groupe annonce : « 25 g de réactifs consommés ont donné 30 g de produits ». Ce résultat est-il possible ? Justifie.

   1 pt
   Voir la correction

   Non : en récipient fermé, la masse des produits formés doit être égale à celle des réactifs consommés, soit 25 g. Il y a une erreur de mesure ou de calcul.

   La masse ne peut ni apparaître ni disparaître : aucun atome n’est créé au cours d’une réaction.

Équilibrer une équation

Dans l’équation 1, le cuivre réagit avec le dioxygène et forme de l’oxyde de cuivre ; dans l’équation 2, l’eau oxygénée se décompose en eau et en dioxygène ; l’équation 3 est la combustion complète du propane. Les formules sont données. Écris dans chaque case le coefficient qui ajuste l’équation (écris 1 quand il n’en faut pas d’autre), puis complète le tableau des atomes de l’équation 3.

Les cases de la figure sont les questions. La correction, case par case :

1. 1.Équation 1

   1 pt
   Voir la correction

   $2\mathrm{Cu}+1{\mathrm{O}}_2⟶2\mathrm{CuO}$

   Deux oxygènes à gauche imposent 2 devant $\mathrm{CuO}$, ce qui demande 2 atomes de cuivre à gauche.

2. 2.Équation 2

   1 pt
   Voir la correction

   $2{\mathrm{H}}_2{\mathrm{O}}_2⟶2{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}+1{\mathrm{O}}_2$

   L’hydrogène impose le même coefficient devant ${\mathrm{H}}_2{\mathrm{O}}_2$ et ${\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$ ; avec 2, il y a 4 oxygènes à gauche, 2 + 2 à droite.

3. 3.Équation 3

   1.5 pt
   Voir la correction

   $1{\mathrm{C}}_3{\mathrm{H}}_8+5{\mathrm{O}}_2⟶3\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2+4{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$

   Carbone : 3 devant $\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2$ ; hydrogène : 4 devant ${\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$ ; oxygène en dernier : 6 + 4 = 10 atomes à droite, soit 5 molécules de dioxygène.

4. 4.Tableau de l’équation 3

   1.5 pt
   Voir la correction

   C : 3 et 3 ; H : 8 et 8 ; O : 10 et 10.

   Chaque ligne se lit deux fois le même nombre : l’équation est équilibrée. À droite, l’oxygène vient de $3\mathrm{C}{\mathrm{O}}_2$ (6) et de $4{\mathrm{H}}_2\mathrm{O}$ (4).

Analyser une expérience

Lis le document 1, puis réponds aux questions en t’appuyant sur les lignes indiquées.

1. 1.D’après les lignes 1 à 4, écris le bilan de cette combustion en mots, sous la forme « réactifs → produits ».

   1.5 pt
   Voir la correction

   bougie + dioxygène → eau + dioxyde de carbone.

   Les réactifs disparaissent, les produits apparaissent : 0,5 point pour les réactifs (le dioxygène compris), 0,5 pour les produits, 0,5 pour la flèche qui les sépare.

2. 2.Lignes 2 et 3 : quelle espèce chimique ce passage met-il en évidence ? Justifie par l’observation.

   1 pt
   Voir la correction

   De l’eau : la poudre blanche a bleui à son contact.

   Le sulfate de cuivre anhydre, blanc, bleuit au contact de l’eau : il faut citer le réactif et son résultat.

3. 3.Ligne 4 : quel gaz cette observation révèle-t-elle ? Justifie.

   1 pt
   Voir la correction

   Du dioxyde de carbone, signalé par ce trouble.

   L’eau de chaux se trouble en présence de dioxyde de carbone : le réactif et son résultat sont tous deux attendus.

4. 4.Déduis des deux tests deux éléments chimiques que la bougie contient forcément. Justifie avec la conservation des atomes.

   1.5 pt
   Voir la correction

   Du carbone et de l’hydrogène : on les retrouve dans le dioxyde de carbone et dans l’eau, et le dioxygène n’en apporte pas. Les atomes des produits viennent des réactifs.

   Pour l’oxygène des produits, on ne peut pas conclure : il peut venir entièrement du dioxygène.

5. 5.Lignes 5 et 6 : explique ce qui arrive à la combustion et ce qu’est la trace noire. Quel gaz dangereux peut alors se former ?

   1 pt
   Voir la correction

   Le dioxygène du flacon s’épuise : la combustion devient incomplète. La trace noire est de la suie, faite de particules de carbone ; il peut se former du monoxyde de carbone, mortel.

   Flamme jaune et fumeuse, suie : ce sont les signes d’une combustion qui manque de dioxygène.

Exploiter des mesures

Lis le document 2, puis réponds aux questions.

1. 1.La solution S est-elle acide, neutre ou basique ? Justifie avec une valeur du document.

   1 pt
   Voir la correction

   Acide : son pH, 2 au départ (ligne 1), est inférieur à 7.

   Une solution est acide si son pH est inférieur à 7.

2. 2.Décris l’évolution du pH de S au fil des ajouts d’eau, puis prévois sa valeur après de très nombreux ajouts.

   1 pt
   Voir la correction

   Le pH augmente (2, 3, 4, puis 5) : il se rapproche de 7. Après de très nombreux ajouts, il reste inférieur à 7, très proche de 7 : S reste acide.

   Diluer atténue l’acidité sans jamais la transformer en basicité.

3. 3.Malik dilue maintenant la solution T (ligne 5). Dans quel sens son pH évolue-t-il ? Peut-il devenir inférieur à 7 ?

   1 pt
   Voir la correction

   Il diminue et se rapproche de 7, mais il ne descend pas au-dessous : T diluée reste basique.

   La règle vaut des deux côtés de l’échelle : la dilution rapproche de 7 sans le franchir.

4. 4.Imagine que S soit très concentrée. Pour préparer le premier mélange, Malik hésite entre deux ordres de versement : lequel choisir, et que risquerait-il avec l’autre ?

   1 pt
   Voir la correction

   Il faut verser S, l’acide, dans l’eau. En versant l’eau sur l’acide, la chaleur libérée se dégage dans un petit volume qui peut bouillir et projeter de l’acide.

   Versé dans un grand volume d’eau, l’acide voit la chaleur se répartir ; les lunettes de protection restent obligatoires.