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Les gaz et leurs applications Option Science CHIMIE

MAC 534 2-14 © Corrigé du maître, théorie et exercices

Exercices 2-1 Atmosphère

1- Quel volume d'air circule dans nos poumons chaque jour ? ______________________________________________________________________________ 2- Énumèreles 3 couches de l'atmosphère et donner leur épaisseur en km. 1° ____________________________________________________________________________ 2° ____________________________________________________________________________ 3° ____________________________________________________________________________ 3- À quelle altitude, une personne se sentira-t-elle incommodée à cause du manque d’oxygène ?

________________________ 4- À quelle altitude, n’y a-t-il pas assez d’oxygène pour maintenir une personne consciente ?

_______________________ 5- Donne les 4 principaux gaz, constituants de l'air sec en % volumes : ________________________________________ ________________________________________ ________________________________________ ________________________________________ 6- Quelle action très simple permet de retirer la vapeur d'eau dans l'air ? _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ 7- Quelle réaction chimique permet de retirer : a) le gaz carbonique de l'air ? ____________________________________________________________________________ b) l'oxygène de l'air ? ____________________________________________________________________________ c) l'azote de l'air ? ____________________________________________________________________________ Gaz nobles 8- Nomme les six gaz nobles, avec leur symbole atomique : ______________________________________________________________________________

15 000 litres d'air

troposphère environ 10 km stratosphère environ 70 km ionosphère environ 220 km

5000 m

7000 m

Azote (N2) = 78,09% Oxygène (O2) = 20,95% Argon (Ar) = 0,93% Dioxyde de carbone (CO2) = 0,035%

Quand la température de l’air est abaissée à 0°C, ou en-dessous, pratiquement toute la vapeur d’eau est transformée en glace.

CO2(g) + Ca(OH)2(aq) CaCO2(aq) + H2O(l)

P4(s) + 5O2(g) P4O10(ag) (oxyde phosphorique).

3Mg(s) + N2(g) Mg3N2(s) (nitrure de magnésium)

Hélium (He), Néon (Ne), Argon (Ar), Xénon (Xe), Kripton (Kr) et Radon (Rn).


MAC 534 2-15 © Corrigé du maître, théorie et exer-

9- Pourquoi les gaz nobles sont-ils aussi appelés rares et inertes ? _____________________________ _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ 10- Donner une ou plusieurs utilités de chacun des gaz nobles : Hélium : ________________________________________________________________________

________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________

Néon : ________________________________________________________________________

________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________

Argon : ________________________________________________________________________

________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________

Kripton : ________________________________________________________________________

Zénon : ________________________________________________________________________ Radon : _______________________________________________________________________

Les gaz à effet de serre

11-Les gaz à effet de serre (GES) présents dans l'atmosphère contrôlent quoi sur la terre ? ______________________________________________________________________________

12- Sans cet effet de serre, quelle serait la température moyenne sur la Terre : ___________________

13- Quels sont les principaux gaz à effet serre (GES) naturellement présents dans l'atmosphère ?

______________________________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________

14- La hausse sans précédent des quantités de GES émises dans l'atmosphère depuis 1750, a été en-

gendré par quoi ? ___________________________________________________________

15- Dans ce temps extrêmement court à l'échelle de la Terre, de quel pourcentage les concentrations des gaz suivants a-t-il augmenté dans l'atmosphère ;

gaz carbonique _________, méthane _________ et oxyde nitreux _________

L'atmosphère contient également désormais plusieurs GES générés exclusivement par l'activité humaine, comme les _______________________, dont font partie les ______________________(les CFC) dont l'usage est interdit aujourd'hui.

Les gaz nobles se trouvent en très petites quantités dans l’air et ils sont inertes chimiquement, due à la grande stabilité de leurs structures électroniques.

L’hélium est employé pour gonfler les ballons et dirigeables et utilisé en mélange avec l’oxygène (à la place de l’azote) pour la respiration des plongeurs afin d’éviter les accidents causés par l’azote dissout dans le sang.

On l'utilise pour les enseignes lumineuses. D’autres colorations peuvent être obtenues avec l’hélium, l’argon et le mercure, en mélange entre eux ou avec du néon.

Il est employé dans les lampes à incandescence car il permet de porter le filament à plus haute température et diminue la vitesse d’évaporation du filament métallique en em-pêchant les atomes de métal vaporisé de quitter le filament par diffusion. Aucune application importante , car trop rare. Aucune application importante , car trop rare. Utilisé dans le traitement du cancer.

La température

-18°C

La vapeur d'eau (H2O), le dioxyde de carbone (CO2 ou gaz carbonique), le méthane (CH4), l'oxyde nitreux (N2O) et l'ozone (O3)

35 % 148 % 18 %.

l'activité humaine

hydrocarbures halogénés chlorofluorocarbones



16- De combien de fois une tonne de méthane, ou gaz naturel, a-t-il un impact plus élevé que son équivalent CO2 ? _______________________________________________

17- Pour la région de Montréal, les épisodes de chaleur accablante sont particulièrement préoccu-pants. Le nombre de décès associés à la chaleur pourrait augmenter de ________ d'ici 2050. Le nombre de jours de canicule à Montréal passerait en moyenne de __________ par année au cours de la même période.

18- Les experts prévoient par ailleurs que le réchauffement climatique mènera à un plus grand nombre d'événements météorologiques extrêmes comme des tempêtes hivernales __________________et des périodes ____________________________________________________.

19- En 2005, les émissions totales de gaz à effet de serre (GES) au Québec se chiffraient à _____________________________ de tonnes équivalent CO2. Cela représente ___________des émissions canadiennes et environ ______________ des émissions mondiales. Chaque Québécois et Québécoise a donc émis en moyenne __________________________de GES pour l'année 2005 contre _______________________ en moyenne par habitant au Canada.

20- Complète le tableau suivant :

21 fois

80 % 13 à 55

plus intenses

de canicule ou de sécheresse

92 millions 12,3 %

0,3 % 12,1 tonnes

23,1 tonnes

Émission de GES par secteur en 2005 au Québec Électricité __________ Déchets

_______ Agriculture _________

Résidensiel commercial et institutionnel ___________

Transport ________

Industrie _________

Source : Ministère de Développement durable, de l'Environnement et des Parcs, 2007

1,6 % 7,5 %

8,3 %

23,1 %

30,7 %

38,7 %



21- Identifie dans ton environnement des phénomènes naturels qui mettent en cause des gaz. _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ 22- Évalue pour un des phénomènes naturels identifiés : a) Son impact économique et social. _______________________________________________________________________________

_______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________

b) Son impact sur notre qualité de vie. _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ 23- Identifie dans ton environnement des applications technologiques (géologie, industrie, loisir,

médecine, météorologie etc.) qui mettent en cause des gaz. _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ 24 -Évalue pour un des phénomènes technologiques identifiés : a) Son impact économique et social. _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________

Selon l'élève

Selon l'élève

Selon l'élève

Selon l'élève

Selon l'élève



b) Son impact sur notre qualité de vie. ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ c) Son impact sur le développement de la connaissance. ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ 25- Montre par un exemple, que l'opinion publique influence les décisions (sur l'utilisation des

gaz )des personnes en situation de pouvoir, dans le domaine public et privé : ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ 26- Donne un exemple où les scientifiques ont influencé les législations et les règlements concer-

nant l'utilisation des gaz : ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ 27- Illustre par un exemple tiré de l'histoire de la magie et autres attrapes, comment les connais-

sances sur les gaz furent utilisées pour mystifier certaines personnes naïves et crédules : ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________

Selon l'élève

Selon l'élève

Selon l'élève

Selon l'élève

Selon l'élève



Exercices 2-2 Après avoir visionne le film "Pression des gaz et collision moléculaire" réponds aux questions suivantes : 1- Comment explique-t-on la pression en général ?________________________________________

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

2- Décris dans le cercle, le mouvement d'une molécule à l'état gazeux. 3- Ce mouvement peut être décrit comme un mouvement ______________et est ap-

pelé mouvement________________. 4- Comment expliquer qu'une gouttelette d'un brouillard peut se maintenir en l'air ? _________________________________________________________________________________

___________________________________________________________________________ 5- Comment expliquer, à l'échelle moléculaire, que la différence de pression que l'air exerce sur le des-

sus et le dessous de l'aile empêche l'avion de tomber ? ________________________________ ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ 6- Explique à l'aide du modèle mécanique pourquoi une augmentation du nombre

de billes fait augmenter la lecture de la jauge. ______________________ ______________________________________________________________ ______________________________________________________________ ______________________________________________________________ 7- Que se passe-t-il lorsque l'on refroidit l'ampoule de droite, contenant du gaz

carbonique, avec de l'azote liquide: __________________________________ ______________________________________________________________ 8- Que fait la pression lorsque le gaz de l'ampoule de gauche est transféré dans

l'ampoule de droite et est revenu à la température de départ ? ______________________________________________________________ 9- Que peut-on dire du nombre de molécules contenues à ce moment dans l'ampoule de droite ?

______________________________________________________________________________ 10- Si au lieu de doubler le nombre de molécules dans l'ampoule de droite on l'avait quadruplé, quelle aurait été la pression ? ___________________________________________________________ _________________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

11- On gonfle un pneu d'auto et on veut tripler la pression intérieure, que faut-il faire ? ______________________________________________________________________________

La pression peut généralement s'expliquer par des collisions moléculaires se produisant au hasard.

aléatoire Brownien

Une multitude de molécules d'air heurtent la gouttelette. Du moment que la force des collisions est supérieure à celle de la pesanteur celle-ci ne tombe pas.

Ceci s'explique par le fait qu'un plus grand nombre de molécules d'air frappent, en une seconde, le dessous de l'aile que le dessus, créant ainsi une différence entre les forces de collisions plus grandes que la pesanteur.

Une augmentation du nombre de billes fait augmenter le nombre de colli-sions par unité de temps, d'où lecture plus élevée de la jauge.

Le gaz se solidifie, les molécules ces-sent de s'agiter et la pression diminue jusqu'à zéro.

La pression double

Le nombre de molécules a doublé

Comme la pression est directement proportionnelle à la quantité de gaz et que celle-ci est 4 fois plus grande, la pression serait aussi 4 fois, plus grande soit (4 x 0,5 atm) = 2 atm.

Pour tripler la pression, il faut tripler la quantité d'air dans le pneu.



-Relations quantitatives des gaz (Loi simple des gaz) Dars ce module, nous survolerons les étapes de la démarche scientifique qui a mené à la compréhen-sion du comportement des gaz et à la découverte de lois portant sur les variables qui les décrivent. À l’aide de lois simples, expliquant la relation entre deux variables, il a été possible de déduire des lois plus complexes, soit la loi générale des gaz et la loi des gaz parfaits. Nous étudierons ces lois, de même que celle qui porte sur les pressions partielles dans les mélanges gazeux. EXPÉRIMENTATION 1 LOIS SIMPLES DES GAZ BUT : Vérifier le comportement qualitatif d'un gaz. - Énumère les quatre facteurs qui influencent le comportement d'un gaz : ________________________________________________________________________________ MATÉRIEL -un support universel -2 seringues (60 mL et 10 mL) -2 pinces à bécher -un vase conique (500 mL) -un brûleur à gaz -bouchon et compte-gouttes -un tube de caoutchouc -manomètre métallique (0 à 200 kPa) MANIPULATION -Réalise l'un après l'autre les 4 montages suivants : HYPOTHÈSE Pour chacun des cas, formule une hypothèse sur les facteurs qui demeurent constants et sur ceux qui subiront un changement : - 1° cas:_____________________________________________________________________ - 2° cas:_____________________________________________________________________ - 3° cas:_____________________________________________________________________ - 4° cas:_____________________________________________________________________

On ajoute 10 mL d'air dans la seringue et on observe ce que fait le volume.

On diminue le volume d'air contenu dans la seringue et on observe ce que fait la pression.

On chauffe l'air con-tenu dans le vase conique et on observe ce que fait le volume d'air de la seringue.

On chauffe l'air con-tenu dans le vase conique et on observe ce que fait la pression.

Avertir les élèves de pousser sur le manomètre ou la seringue lors du chauffage.

Selon l'élève Selon l'élève Selon l'élève Selon l'élève

Selon l'élève



RÉSULTATS Pour chacun des cas, complète le tableau suivant en inscrivant dans chaque case l'abréviation «const.» lorsque le facteur demeure constant, la flèche vers le haut ( ) si le facteur augmente et la flèche vers le bas ( ) si le facteur diminue. Traduis, au bout du tableau, l'expression qualitative du comportement du gaz, dans chaque cas, en utilisant le symbolisme décrit plus haut. Ex. à (n et t ) const si le V alors la p n V t p Expression qualitative des gaz 1° cas à ( et ) const si alors 2° cas à ( et ) const si alors 3° cas à ( et ) const si alors 4° cas à ( et ) const si alors CONCLUSION Écris sous forme symbolique la relation qualitative, des facteurs représentant chacun des modèles suivants. Donne aussi pour chaque modèle une application dans la vie courante. Pour indiquer que la température augmente, une flèche plus longue est dessinée aux molécules, dé-montrant ainsi que la vitesse augmente.

const. const.

const.

const.

const. const.

const.

const.

t p n V

n t V p

n p t V

n V t p

- Expression qualitative : ___________________________ Ex.


à (p et t) const si n alors V

- Expression qualitative : ___________________________ Ex. - Expression qualitative :

___________________________ Ex.


gonfler un ballon

à (V et t) const si n alors p

à (n et t) const si V alors p

à (n et p) const si t alors V

à (n et V ) const si t alors p gonfler un pneu

amortisseur à l'air sur une auto

un ballon gonflé à l'extérieur en hiver augmente de volu-me lorsqu'on l'entre dans la maison.

un pneu augmente de pres-sion lorsqu'il s'échauffe en roulant.

- À partir de tes connaissances acquises jusqu'ici, explique au niveau moléculaire la pression d'un gaz. __________________________________________________________________________________

__________________________________________________________________________________

La pression est due aux collisions moléculaires par unité de surface et par unité de temps.



Exercices 2-3 -Modélisation graphique et mathématique des lois des gaz À partir de tes observations qualitatives sur les gaz, prévois dans le tableau suivant, pour chacun des

facteurs qui fait varier le volume : 1° l'expression littérale ; 2° la représentation graphique ; 3° la relation mathématique ; 4° la justification (expression qualitative).

QUANTITÉ - Le volume d'un gaz varie de façon : ___________________ ___________________ avec la quantité. Fonction affine de variation directe.

TEMPÉRATURE - Le volume d'un gaz varie de façon : __________________ avec la température. Fonction affine.

PRESSION - Le volume d'un gaz varie de façon : ___________________ ___________________ avec la pression.

NATURE DU GAZ - Le volume d'un gaz varie de façon : __________________ avec la nature du gaz.

V ∝ n ou V = kn

à (p et t) const si n alors V

V et t ou V = kt + b

à (n et p) const si t alors V

V ∝ 1/p ou V = k/p ou Vp = k

à (n et t) const si V alors p

V = k

Le volume de-meure constant quelque soit la nature du gaz.

directement proportionnelle

croissante

inversement proportionnelle

nulle

Expression littérale Représentation graphique Relation mathématique Justification



-Relations quantitatives des gaz EXPÉRIMENTATION 2 RELATION «VOLUME - QUANTITÉ» BUT : Déterminer la relation mathématique et graphique entre le volume (V) qu'occupe un gaz et la

quantité de gaz (n) présent. Tu l'expérimenteras soit avec de l'azote (N2), de l'oxygène (O2), du gaz carbonique (CO2) ou de l'air selon les directives du responsable.

HYPOTHÈSE : _________________________________________________________________ MATÉRIEL -1 seringue de 10 mL (graduée en moles) , 1 ensemble (seringue collée à une tige de métal). -1 tube de polyéthylène de 0,5 cm de dia. et de 12 cm de long -1 contenant de gaz (N2, O2, CO2 et de l'air) avec un site d'injection et une aiguille. -1 thermomètre, 1 bécher de 500 mL et une pince. -1 baromètre dans la classe. MANIPULATION 1- Au début, mesure et note la température de la pièce et la pression

atmosphérique. 2- Remplis la seringue A avec le gaz qui t'a été attribué, en suivant la

procédure suivante : Visse l'aiguille à la seringue A, pique l'aiguille dans le site d'injec-

tion du sac de gaz (voir Fig.1) et remplis la seringue en retirant le piston jusqu'à 10 mL. Enlève l'aiguille que tu laisses près du sac, mets ton doigt sur l'ouverture pour ne pas perdre le gaz et retourne à ta place.

3- Réalise le montage de la Fig.3. Fixe l'ensemble, seringue B collée à

une tige de métal (Fig.2) à la pince, jusqu'à ce que la seringue B contienne 10 mL d'eau.

4- Relie les 2 seringues avec le tube de polyéthylène, comme le montre

la Fig.3. 5- Transfère le gaz de la seringue A (graduée en moles) dans la se-

ringue B (graduée en mL). Après chaque ajout de 4,0 x 10-5 mol de gaz, note le volume de la

seringue B, en mL.

Selon l'élève

Pour emplir un sac de gaz chasser l'air en l'enroulant sur lui-même, brancher son tube d'entrée à celui de la bonbonne et, lorsqu'il est plein, fermer l'entrée avec une pince à boyau.

Utiliser comme contenant de gaz des sacs de soluté avec tubulure et cite d'injection.

Fig. 2



RÉSULTATS ET ANALYSE 1- Fais, à partir de tes mesures, le graphique de la variable dépendante (volume V) en fonction de la

variable indépendante (quantité n). 2- a) Fais le produit mathématique de la variable dépendante par la variable indépendante. Note les

résultats dans le tableau. b) Fais le quotient mathématique de la variable dépendante par la variable indépendante. Note les résultats dans le tableau.

CONCLUSION 1- Énonce de façon littérale, la relation que te suggère ce graphique. (Cite dans l'énoncé les variables qui doivent être maintenues constantes pour que l'énoncé soit valable). _____________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________ 2- Énonce un modèle mathématique de la loi que tu viens de découvrir : -Modèle exprimant une relation proportionnelle : V ∝ _____ -Modèle exprimant une relation d'égalité : V = ___________ où dans ce cas-ci : b = _________ k = pente = __________ -Justifie ton énoncé : ___________________________________________________________ 3- Donne pour la loi des gaz «Volume - Quantité» : a) l'énoncé mathématique. b) La représentation graphique

Au départ Gaz utilisé : _______ tair =________ °C, patm= _______ mm de Hg

Quantité (n) Volume (V) V x n V/n mol mL mL•mol mL/mol

ΔVΔn mL/mol

tair =________ °C, patm= _______ mm de Hg Ala fin

4,0 x 10-5 0,9 3,6 x 10-5 2,3 x 104

8,0 x 10-5 1,9 1,5 x 10-4 2,4 x 104 12 x 10-5 3,0 3,6 x 10-4 2,5 x 104 16 x 10-5 3,9 6,2 x 10-4 2,4 x 104 20 x 10-5 5,0 1,0 x 10-3 2,5 x 104 24 x 10-5 6,0 1,4 x 10-3 2,5 x 104 28 x 10-5 7,0 2,0 x 10-3 2,5 x 104 32 x 10-5 8,0 2,6 x 10-3 2,5 x 104 36 x 10-5 9,0 3,2 x 10-3 2,5 x 104 40 x 10-5 9,9 4,0 x 10-3 2,5 x 104

23

23 762

762

2,5 x104 2,8 x 104 2,3 x 104 2,8 x 104 2,5 x 104 2,5 x 104 2,5 x 104 2,5 x 104 2,5 x 104

Air

n

V

À température et pression constantes, la variable dépendante ,volume (V), varie de façon directement proportionnelle avec la variable indépendante , quantité (n).

n

k n + b 0

2,5 x 104 En Math. ce cas donne y ∝ x ou y = m x (Fonction affine de variation directe)

V = kn



EN PLÉNIÈRE RELATION «VOLUME - NATURE DU GAZ» RÉSULTATS ET ANALYSE 1- À partir des résultats qu'ont obtenus les autres équipes avec les autres gaz, calcule la moyenne du

volume final pour chaque gaz et inscris-là dans le tableau. 2- Fais, à partir de tes mesures, le graphique de la variable dépendante (volume V) en fonction de la

variable indépendante (nature du gaz).

CONCLUSION 1- Énonce de façon littérale, la relation que te suggère ce graphique. (Cite dans l'énoncé les

variables qui doivent être maintenues constantes pour que l'énoncé soit valable). _____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

2- Énonce un modèle mathématique de la loi que tu viens de découvrir : -Modèle exprimant une relation d'égalité : V = ___________ -Justifie ton énoncé : ______________________________________________________ 3- Donne pour la loi des gaz «Volume - Nature du gaz»: a) l'énoncé mathématique. b) La représentation graphique

Volume (mL) Relation Volume-Nature du gaz

Nature du gaz

Nature du gaz (NG) Volume (V)

Gaz 1 (air) 10,0 mL

Gaz 2 (O2) 10,0 mL

Gaz 3 (N2) 10,0 mL

Gaz 4 (CO2) 10,0 mL

Nature du gaz

V

À température, quantité et pression constantes, la variable dépendante volume (V), ne varie

pas avec la variable indépendante, nature du gaz.

En Math. ce cas donne y = k

k

V = k



EXPÉRIMENTATION 3 RELATION «VOLUME - TEMPÉRATURE» (1° loi de Charles et de Gay-Lussac) BUT : Déterminer la relation mathématique et graphique entre le volume (V) qu'occupe un gaz et sa

température (t). HYPOTHÈSE : __________________________________________________________________ MATÉRIEL -1 seringue de 10 mL + tige de métal +2 élastiques. -1 support universel + 3 pinces à éprouvette. -1 bouchon de liège entaillé. -1 bouchon de caoutchouc (1 trou) + tube de verre + petit tube de polyéthylène (20 cm) . -1 éprouvette 18 x 150 mm. -1 bécher de 1000 mL. -1 bécher de 500 mL -1 spatule comme agitateur. -1 plaque chauffante. -1 thermomètre. -1 cylindre gradué de 100 mL. -Eau du robinet, de l'air comme gaz et des cubes de glace. MANIPULATION 1- Observe bien la figure et exécute ce montage. 2- Lorsque la température est tout près de 0°C,

relie avec le tube de néoprenne l'éprouvette et la seringue.

3- Note la pression atmosphérique du moment et allume la plaque chauffante.

4- Brasse continuellement l'eau du bécher et note le volume d'air dans la seringue aux tempéra-tures suivantes : 20°C, 40°C, 60°C et 80°C.

5- Lorsque tu as terminé, ferme la plaque chauf-fante et laisse-là refroidir. Défais ton mon-tage .

6- Mesure le volume d'air au départ dans l'éprou-vette. Emplis-là d'eau, enfonce le bouchon pour faire déborder le surplus d'eau, enlève le bouchon et verse le contenu dans le cylindre gradué de 100 mL. Note le volume d'air au départ.

7- Note la pression atmosphérique à la fin. Range le matériel.

tige de métal thermomètre

selon l'élève



RÉSULTATS ET A*ALYSE 1- Fais, à partir de tes mesures, le graphique de la variable dépendante (volume V) en fonction de

la variable indépendante (température t). 2 a) Fais le produit mathématique de la variable dépendante par la variable indépendante. Note les

résultats dans le tableau. b) Fais le quotient mathématique de la variable dépendante par la variable indépendante. Note tes

résultats dans le tableau.

CO*CLUSIO* 1- Énonce de façon littérale, la relation que te suggère ce graphique. (Cite dans l'énoncé les

variables qui doivent être maintenues constantes pour que l'énoncé soit valable). _____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

2- Énonce un modèle mathématique de la loi que tu viens de découvrir : -Modèle exprimant une relation croissante : V ______et t _____ -Modèle exprimant une relation d'égalité : V = ___________ où dans ce cas-ci : b = _________ k = pente = __________ -Justifie ton énoncé : ______________________________________________________ 3- Donne pour la loi des gaz «Volume -Température»: a) l'énoncé mathématique. b) La représentation graphique

Au départ Gaz utilisé _______ patm = _______ mm de Hg

Ala fin patm = _______ mm de Hg

t °C

Volume initial mL

Volume du piston

Volume total mL

V x t V / t DV/Dt

1 20

40 60 80

26,0 26,0 26 26 26,0 2,0 28,0 560 1,4 26,0 3,5 29,5 1180 0,74 26,0 5,5 31,5 1890 0,53 26,0 7,4 33,4 2672 0,42

0 0,11 0,08 0,10 0,10

Air 760

760

Volume mL Relation Volume-Température

Température °C

t

V

À quantité et pression constantes, la variable dépendante,volume (V),varie de façon croissante avec la variable indépendante, température (t).

� �

k t + b 26 mL

0,10

En Math. ce cas donne y � et x � ou y = m x + b (Fonction affine)

V = k t + b



EXPÉRIMENTATION 4 RELATION «VOLUME - PRESSION» (Loi de Boyle et Mariotte) BUT : Déterminer la relation mathématique et graphique entre le volume (V) qu'occupe un gaz et sa

pression (p). HYPOTHÈSE : _______________________________________________________________________ MATÉRIEL -1 seringue de 10 mL. -1 bouche-seringue ou un tube de polyéthylène + pince de Mohr -1 support universel. -1 noix double. -1 pince à éprouvette. -1 fil de cuivre (60 cm). -1 ensemble de masses à crochet (0,005 kg à 1 kg). MANIPULATION

1- Note la valeur de la pression atmosphérique et la température de la pièce au départ. 2- Remplis la seringue avec 10 mL d'air et bouche-la avec le bouche-seringue. 3- Fixe la seringue au support universel avec la pince à éprouvette. Ne serre pas trop,

laisse plutôt les ailettes de la seringue reposer sur la pince. 4- Installe le fil de Cu comme le montre la figure 1, et suspends une masse de 0,20 kg.

Pèse sur le piston de la seringue pour vaincre la friction puis relâche-le. Mesure le volume du gaz et note la masse et le volume.

5- Effectue de la même façon, en ajoutant toujours 0,20 kg, 7 autres mesures Volume-Masse. 6- Note à la fin la pression atmosphérique et la température de la pièce. CALCUL de la: PRESSION ATMOSPHÉRIQUE en kg / cm2

Sachant que la masse volumique du mercure est de 1,36 x 10-2 kg / cm3, calcule la pression atmosphérique du moment c'est-à-dire la masse d'une colonne de Hg ayant 1 cm2 de section : patm en kg / cm2 = Hauteur de Hg (cm) x 1,36 x 10-2 kg / cm3 = ____________ cm x 1,36 x 10-2 kg / cm3 = _______________ kg / cm2

selon l'élève

Fig. 1 1,00 cm2 1,00 cm3 de Hg 1,36 x 10-2 kg 1,00 cm

patm en kg / cm2 = 76,0 cm x 1,36 x 10-2 kg / cm3 = 1,03 kg / cm2

Colonne de Mercure

76,0 cm

76,0

1,03



CALCUL de la SURFACE du piston. Mesure la hauteur de la graduation du volume de la seringue et calcule la surface du piston en cm2 : Surface (cm2) = Volume (cm3) / Hauteur (cm) = ________ cm3 / ________ cm = ___________ cm2

RÉSULTATS ET ANALYSE 1- Calcule la pression ajoutée en kg/cm2 en divisant la masse ajoutée par la surface du piston. 2- Calcule la pression totale en kg/cm2 en additionnant pression atmosphérique plus la pression

ajoutée. 3- Fais, à partir de tes mesures, le graphique de la variable dépendante (volume V) en fonction de

la variable indépendante (pression p). 4- a) Fais le produit mathématique de la variable dépendante par la variable indépendante. Note les

résultats dans le tableau. b) Fais le quotient mathématique de la variable dépendante par la variable indépendante.

p totale = p atm. + p ajoutée

Surface du piston

1,6 cm2

Surface (cm2) = V (cm3) / Hauteur (cm) = 10,0 cm3 / 6,1cm = 1,6 cm2

10,0 6,1

1,6

0,00 1,6 0,00 1,03 1,03 10 10 9,7 0,20 1,6 0,13 1,03 1,16 8,9 10 7,7 0,40 1,6 0,25 1,03 1,28 8,0 10 6,3 0,60 1,6 0,38 1,03 1,41 7,3 10 5,2 0,80 1,6 0,50 1,03 1,53 6,7 10 4,4 1,00 1,6 0,63 1,03 1,66 6,2 10 3,7 1,20 1,6 0,75 1,03 1,78 5,8 10 3,3 1,40 1,6 0,88 1,03 1,91 5,4 10 2,8 1,60 1,6 1,0 1,03 2,03 5,1 10 2,5

Au départ Gaz utilisé :__________ tair = __________ °C patm = __________ mm de Hg

A la fin tair = __________ °C patm = __________ mm de Hg

Masse ajoutée kg

Surface du piston cm2

p ajoutée

kg / cm2 p atm

kg / cm2 p totale

kg / cm2 Volume du gaz mL

V x p V / p

23

23 760

760

air



CO&CLUSIO& 1- Énonce de façon littérale, la relation que te suggère ce graphique. (Cite dans l'énoncé les vari-

ables qui doivent être maintenues constantes pour que l'énoncé soit valable). ____________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________

2- Énonce un modèle mathématique de la loi que tu viens de découvrir : -Modèle exprimant une relation décroissante : V ∝ ______ -Modèle exprimant une relation d'égalité : V = ___________ -Justifie ton énoncé : ______________________________________________________ 3- Donne pour la loi des gaz «Volume - Pression»: a) l'énoncé mathématique. b) La représentation graphique ou

À quantité et température constantes, la variable dépendante,volume (V) varie de façon

inversement proportionnelle avec la variable indépendante, pression (p).

1/p

k/p

En Math. ce cas donne y ∝ 1/x ou y = k /x

v

p

V = kp

pV = k



EN PLÉNIÈRE (on fait le point sur les relations quantitatives des gaz) Relation Volume - Nature du gaz 1- Quelle est l'influence de la nature du gaz sur la variation du volume du gaz ? _____________________________________________________________________________ 2- En est-il de même de son influence sur les autres facteurs d'un gaz _______________________

«On peut donc conclure que le comportement des gaz est le même quelle que soit leur nature, c'est-à-dire que tous agissent de la même manière et sont soumis aux mêmes lois».

Relation Volume - Quantité 1- À partir de tes résultats expérimentaux, énonce la loi qui exprime la relation entre le VOLUME

occupé par un gaz et la QUANTITÉ de ce gaz : Énoncé littéral : _____________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________ Énoncé mathématique : Représentation graphique : Autre forme mathématique de cette loi : 2- Comme cette relation est une fonction affine de varia-

tion directe c'est-à-dire qu'elle passe par zéro, on peut dire que les triangles abc et ab'c' sont :

______________________________________ et affirmer que : _______ = _______ et par permutation des moyens avoir : _______ = _______

Aucune influence

oui

À température et pression constantes, le volume (V) varie de façon directement pro-portionnelle avec la quantité (n). V ∝ n

V = k n

V

n

À partir des triangles semblables abc et ab'c' on peut affirmer que : et par permutation des moyens avoir :

semblables

V1

V1

V2

V2

n1

n2

n1 n2



Relation Pression - Quantité 1- À partir de tes observations, énonce la loi qui exprime la relation entre la PRESSION exercée par un gaz et la QUANTITÉ de ce gaz : Énoncé littéral : _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ Énoncé mathématique : Représentation graphique :

Autre forme mathématique de cette loi : 2- Démontre à partir du graphique de cette relation

pourquoi on peut dire aussi dans ce cas-ci : Relation Volume - Pression (Loi de Boyle et Mariotte) 1- À partir de tes résultats expérimentaux, énonce la loi qui exprime la relation entre le VOLUME

occupé par un gaz et la PRESSION de ce gaz : Énoncé littéral : _____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________ Énoncé mathématique : Représentation graphique :

À température et volume constants, la pression (p) varie de façon directement proportion-nelle avec la quantité (n). p ∝ n

p

n

p = k n

À partir des triangles semblables abc et ab'c' on peut affirmer que : et par permutation des moyens avoir :

V

p

À quantité et température constantes, le volume (V) varie de façon inversement proportion-nelle avec la pression (p).

V = k /p ou pV = k



Autre forme mathématique de cette loi : 2- Sachant que le volume d'un gaz varie d'une façon inversement proportionnelle avec sa pression et

que mathématiquement cette relation est exprimée par pV = k, on peut alors dire : Relation Volume-Température (Première loi de Charles et Gay-Lussac) 1- À partir de tes résultats expérimentaux, énonce la loi qui exprime la relation entre le VOLUME

occupé par un gaz et la TEMPÉRATURE de ce gaz : Énoncé littéral : _____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________ Énoncé mathématique : Représentation graphique : 2- Dans ce cas-ci peut-on affirmer que : ?____________ 3- Pourquoi ?______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ Pour avoir des triangles semblables il faut donc faire une translation horizontale de la droite c'est-

à-dire rendre cette fonction affine directe.

si p1V1 = k et p2V2 = k alors p1V1 = p2V2 (car deux quantités égales à une même troisième sont égales entre elles)

À quantité et pression constantes, le volume (V) varie de façon croissante avec la température (t) (°C).

V

t

V = k t + b

non

Parce que cette fonction est affine mais n'est pas de variation directe, donc impossi-bilité d'avoir des triangles semblables.

Translation horizontale (t + x, V+0)

T = t + x On obtient alors une nouvelle échelle, dite absolue, de température T, (égale à t+x), avec laquelle le volume varie directement.

V V

t 0 T 0 x



-Les échelles de température TEMPÉRATURE ABSOLUE Le savant français Jacques Charles fut le premier à étudier, en 1787, les effets quantitatifs de la tem-pérature sur le volume d'un gaz. Il constata que tous les gaz se dilatent d'une même fraction de leur volume original lorsqu'on élève leur température d'un même nombre de degrés, à pression et quantité constante. Jacques Charles et Joseph-Louis Gay-Lussac, ayant travaillé tous les deux à la même époque sur les relations existant entre le volume et la température et entre la pression et la température, il arrive que les résultats de leurs recherches et les lois qui en découlent soient attribués aux deux scientifiques. Première loi de Charles et de Gay-Lussac : Relation "VOLUME - TEMPÉRATURE ABSOLUE" Le tableau qui suit donne les valeurs qu'on a obtenues dans l'expérimentation 4. Si nous extrapolons la courbe de ces résultats nous obtenons le graphique suivant :



1- La courbe qui passe par les points expérimentaux est une ligne droite. Par extrapolation de cette droite c'est-à-dire en prolongeant, sur le graphique, cette droite jusqu'à l'axe des t (°C) détermine à quelle température le volume devient égal à 0 :________°C.

2- Quel est le volume du gaz à 0 °C ? _______ mL. 3- Par extrapolation vers le haut, la courbe indique que le volume, à +273 °C, est égal à ____mL. 4- Le volume, à +273 °C, est donc le _____________ de celui à 0 °C. 5- La variation de volume par °C est donc de __________ du volume à 0 °C. 6- Que peux-tu dire à propos de l'état et du mouvement des molécules de n'importe quel gaz à-273 °C . Explique ? _____________________________________________________________ ______________________________________________________________________________

7- Écris au bas du graphique page 4-43, les valeurs de la nouvelle échelle de température absolue à -273°C, -200°C, -100°C, 0°C, 100°C ,200°C et 300°C. 8- Pour rendre cette fonction affine directe, il faut faire une translation horizontale de la droite égale à

(t + _____ ) et on obtient alors le graphique suivant : 9- La relation mathématique V = kt + b devient alors : ________________________ 10-Si nous exprimons la température dans l'échelle

absolue (K), nous trouvons que le volume d'un gaz varie _______________ avec la température. À partir de ce graphique démontre que l'on peut dire :

11-Dans cette relation, T est toujours exprimé en

quelle unité ?_____________

En effet, lors de leurs expériences, Charles et Gay-Lussac en sont arrivés à dire que, si la pression demeure cons-tante, le volume de n'importe quel gaz, mesuré à la température de 0°C, augmente de 1 / 273 de sa valeur lorsque la température augmente de 1°C.

C'est à cette température que, d'après la théorie cinétique, le mouvement des molécules cesse. L'énergie cinétique est alors égale à zéro. Lorsqu'on mesure la température d'un corps on mesure donc la quantité de mouvement molécu-laire de ce corps. On a donc défini une nouvelle échelle de température dite absolue qui a la valeur -273°C comme point zéro car, à cette température, il n'y a plus aucun mouvement moléculaire. Cette nouvelle échelle de température T est appelée échelle Kelvin. Ses valeurs s'expriment en Kelvin (K). T (K) = t (°C) + 273.

-273

26

52

double

1/273

Les molécules sont immobiles car, à cette température tous les gaz sont solides

273

V = kT

directement

À partir des triangles semblables on peut dire que : et par permutation dire que :

Kelvin (K)



-Relation "PRESSION-TEMPÉRATURE ABSOLUE" 2° loi de Charles et de Gay-Lussac De l'hélium fut introduit dans ce ballon à la température de la pièce (25°C) et à une pression de 101,3 kPa. Pendant tout le temps de l'expérience la quantité et le volume de l'hélium sont demeurés constants. Ce ballon fut plongé successivement dans l'eau bouillante, la glace fondante, un mélange de glace sèche et d'alcool et dans de l'azote liquide. Voici les résultats expérimentaux obtenus :

À partir des résultats expérimentaux, complète le tableau de résultats et transforme la température °C en K. Construis par la suite les graphiques ci-dessous : p (kPa) vs t (°C) et p (kPa) vs T (K) 1- Dans le graphique (p vs t), à quelle température la pression devient-elle nulle ? _______________ 2- À cette température explique ce qui se passe au niveau des molécules. ______________________ ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________

1,00 atm 101,3 kPa

1,24 atm 127,6 kPa

0,93 atm 94,2 kPa

0,67 atm 67,9 kPa

0,27 atm 27,4 kPa

pièce 25°C

eau bouillante 100°C

glace fondante 0°C

mélange de glace sèche et d'alcool -79°C

azote liquide -196°C

77 194 273 298 373

27,4 67,9 94,2 101,3 127,6

-196,0 -79,0 0,0 25,0 100,0

t (°C) T (K) Pression (kPa)

Comme la pression est nulle, il n'y a plus de collisions moléculaires donc plus de mouvement des molécules. Le gaz est devenu solide.

-273°C



3- Quel graphique ( p vs t) ou ( p vs T) représente une fonction affine de variation directe ? Explique pourquoi. _______________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ 4- Quelle relation de proportionnalité peut-on établir entre la pression (p) et la température

absolue (T) ? _____ = _____

-Explication à l'aide de la théorie cinétique Ex. : La machine à vapeur est une invention dont l'évolution la plus significative date du XVIIIe siècle. C'est un moteur thermi-que à combustion externe. Il transforme l'énergie thermique, que possède la vapeur d'eau fournie par une ou des chaudières, en énergie mécanique. Comme première source d'énergie d'origine mécanique constructible et maitrisable par l'Homme, elle a eu une importance majeure lors de la Révolution industrielle. Mais au XXe siècle, elle a été supplantée par la turbine, le moteur électri-que et le moteur à explosion. Selon la théorie cinétique, une augmentation de la températune d'un gaz augmente la vitesse des molécules ainsi que le nombre de collisions moléculaires. Comme le volume demeure constant la pression augmente.

(p vs T) est une fonction affine directe car on a fait une translation horizontale (t+273) de la fonction affine (p vs t). On a alors une échelle absolue T (K) = t (°C) + 273

p1 p2

T1 T2

à (n et V ) const si t alors p



-Gaz parfait ou gaz idéal

On sait que tous les gaz se liquéfient bien avant d'atteindre le zéro absolu (-273°C). Voici un tableau donnant les points d'ébullition de quelques gaz et un graphique montrant leur liquéfaction:

Gaz parfait : La théorie cinétique suppose qu'un gaz idéal est un gaz qui n'a pas d'attraction entre ses molécules. Celui-ci se condense seulement lorsque ses molécules s'arrêtent de bouger, soit à -273°C. Gaz réel : Les molécules d'un gaz réel exercent une certaine force les unes sur les autres. Lors du refroidissement des gaz réels, leur condensation avant d'atteindre -273°C, montre bien que ces forces d'attraction existent. Le comportement des gaz réels se rapproche du comportement du gaz parfait lorsque la vitesse de leurs molécules est appréciable pour vaincre les forces d'attraction. Ceci se produit à des tem-pératures plus élevées.

Point d'ébullition des gaz -Gaz carbonique (CO2) -79°C -Oxygène (O2) -183°C -Azote (N2) -196°C -Néon (Ne) -246°C -Hydrogène (H2) -253°C -Hélium (He) -269°C

1- À partir de quelle pression et de quelle température les gaz réels agissent-ils comme un gaz parfait ?

_______________________ 2- Quel gaz a un comportement

ressemblant le plus à un gaz parfait ?

_______________________

3- Quelle différence y-a-t-il entre un gaz idéal et un gaz réel ? _______________________________

______________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________

Environ 80 kPa et -50 °C

Helium (He)

Tous les gaz réels se liquéfient avant -273°C . Le gaz parfait est donc un gaz théorique qui se

liquéfierait à -273°C.



Exercices 2-4

1- Une certaine quantité d'air, enfermé dans un ballon, occupe un volume de 7,0 L. Si la température demeure constante et que la paroi du ballon s'étire pour que la pression demeure constante, quel volume occupera le gaz si on triple la quantité de gaz ?

2- Un pneu contient une certaine quantité d'air à une pression de 400 kPa. Si on laisse échapper la

moitié de l'air contenu dans ce pneu, quelle sera la nouvelle pression ? 3- Une certaine quantité d'oxygène occupe un volume de 5,40 x 102 L à une pression de 101 kPa. Si

on veut comprimer cette quantité de gaz dans une bonbonne de 6,00 L, quelle pression minimum doivent supporter les parois de cette bonbonne ?

4- Un réservoir (1,20 x 103 mL) contient du gaz carbonique à une pression de 765 mm de Hg. Quel

devrait être le volume d'un second réservoir pour contenir cette même quantité de gaz à une pres-sion de 405 mm de Hg ?

5- Un manomètre enregistre une pression de 746 kPa dans une bonbonne plongée dans l'eau bouil-

lante. Que deviendrait la pression de ce gaz si on plongeait cette même bonbonne dans la glace fondante ?



6- Une certaine quantité d'hélium occupe un volume de 22,4 L lorsque sa température est de 0°C et sa pression de 101,3 kPa. Quel sera le volume de ce gaz si on refroidit ce gaz à -100°C sans changer sa pression ?

7- Sachant qu'une canette de peinture en aérosol explose à une température de 125°C et que le gaz pro-

pulseur y est introduit à une température de 20°C et à une pression de 135 kPa, quelle est la pression limite que peut supporter ce genre de contenant ?

8- Une masse de gaz a un volume de 1,2 L mesuré à 100°C. ÀZ quelle température son volume ne sera

plus que de 800 mL ?



Exercices 2-5

1- Quelle différence y a-t-il entre la masse moléculaire et la masse molaire moléculaire ? _______________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

2- Peut-on mesurer la masse moléculaire (une molécule) ou atomique (1 atome) avec une balance

qu'on utilise au laboratoire ? Explique. _______________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

_______________________________________________________________________________ 3- Peut-on calculer la masse moléculaire ou atomique en grammes ?__________ Explication : 4- Calcule la masse atomique du potassium (K) en grammes ? 5- Calcule la masse moléculaire du chlorure de sodium (NaCl) en grammes ?

Les deux ont la même valeur numérique, sauf que la masse moléculaire est la masse d'une molécule exprimée en u.m.a. tandis que la masse MOLAIRE moléculaire est la masse d'une MOLE de molécules exprimée en grammes.

Non parce que la masse moléculaire ou atomique est la masse d'une petite molécule ou d'un petit atome et ne peut pas être mesuré sur nos énormes balances graduées en grammes. C'est à peu près comme essayer de mesurer un maringouin sur une balance qui pèse les camions poids lourd.

oui



6- Peut-on calculer le nombre de moles de particules, ou le nombre de particules dans la masse donnée d'une substance ? ____________ Explication : 7- Calcule le nombre de moles d'atomes et le nombre d'atomes dans 36,0 g d'hélium ? 8- Calcule le nombre de moles de molécules et le nombre de molécules dans 72,0 g d'eau. 9- Calcule le nombre de moles de molécules et le nombre de molécules dans 49,0 g de H2SO4.

oui



EXPÉRIMENTATION 5 MASSE MOLAIRE ET VOLUME MOLAIRE D'UN GAZ BUT : En utilisant la méthode qui applique le rapport des masses relatives entre un gaz connu

(O2) et un gaz inconnu X, déterminer la masse molaire du gaz X, sachant que la masse mo-laire du O2 est de 32 g.

Connaissant la masse molaire de O2 et de X ainsi que la masse de 140 mL de chacun des

gaz, aux conditions de température et pression du moment de l'expérience, calculer le volume molaire à TPN occupé par chacun de ces gaz. HYPOTHÈSE: - En tenant compte des chiffres significatifs, le volume molaire de chacun des gaz

à TPN doit être à environ : __________ L. LISTE DU MATÉRIEL -Balance (± 0,01 g) -Thermomètre dans la classe -Baromètre dans la classe -Seringue de 140 mL + clou + bouchon -2 contenants de gaz (O2 et X) avec site d'injection et 2 aiguilles. PROTOCOLE DE L'EXPÉRIENCE (manipulations) 1° Noter la t (°C) et la patm. du moment. 2° Faire le vide dans la seringue en poussant le piston au fond, en plaçant le bouchon et en tirant

avec force le piston vers le haut pour le fixer à 140 mL avec un clou. 3° Mesurer la masse de la seringue à 0,01 g près. 4° Introduire 140 mL de O2 dans la seringue, placer le clou et le bouchon et peser à 0,01 g près. 5° Introduire 140 mL de X dans la seringue, placer le clou et le bouchon et peser à 0,01 g près. 6° Ranger le matériel. PRÉSENTATION DES RÉSULTATS (ou des mesures) t =________ °C et patm. =_________ mm de Hg (dépendant du moment de l'expérience) masse de la seringue vide = __________ g masse de la seringue + O2 = __________ g masse de la seringue + X = __________ g

22,4

23 755

76,52

76,70

76,77



CALCULS 1°- Calcul de la MASSE MOLAIRE du gaz X : 2°- Calcul du VOLUME MOLAIRE (Vm) du O2 à TPN : Le volume molaire du O2 à TPN (0°C et 760 mm de Hg) est donc égal à : __________ litres 22,8



3°- Calcul du VOLUME MOLAIRE (Vm) du gaz X à TPN : Le volume molaire du gaz X à TPN (0°C et 760 mm de Hg) est donc égal à : __________ litres CONCLUSION 1° La masse molaire du gaz X que tu as trouvée expérimentalement est égale à _________ g. 2° À l'aide du tableau périodique, calcule la masse molaire des gaz suivants : H2, N2, CO2, He et

identifie le gaz X. Gaz X = ________ 3° Que peux-tu dire de la validité de cette méthode pour déterminer la masse molaire d'un d'un gaz.

_____________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________ 4° Les volumes molaires (Vm) que tu as obtenus à TPN pour le O2 et le CO2 sont respectivement :

______________________ 5° Considérant les erreurs expérimentales et le fait que le O2 et le CO2 ne sont pas des gaz parfaits,

a-t-on raison d'utiliser dans nos calculs la valeur de 22,4 litres et de dire : «qu'une mole de n'importe quel gaz à TPN agit comme un gaz parfait et occupe un volume de

22,4 litres» ?__________

22,5

44

CO2

Cette méthode nous permet de trouver la masse molaire tel qu'elle figure au tableau _ périodique.

22,8 L et 22,5 L

oui



Exercices 2-6

1- Le volume d'une quantité de SO2 à 18°C et 200,0 kPa est de 500,0 mL. Calcule son volume à 0°C et 100,0 kPa.

2- À quelle pression doit-on soumettre 1,00 L de gaz, mesuré à 101,3 kPa et -20°C, pour le réduire à

0,500 L à 40°C ? 3- Un échantillon de CO2 occupe un certain volume à 0°C et 100,0 kPa. On double la pression et on

abaisse la température à - 40°C . Quel sera le volume final, si le volume initial était de 40,0 li-tres ?



4- Le volume d'une masse d'hélium est de 20,0 L à 20°C et 100,0 kPa. À quelle température faut-il porter ce gaz pour que le volume double et que la pression soit de 150,0 kPa ?

5- On introduit 4,00 moles d'un gaz dans un ballon de verre à TPN. Pour que la pression triple, com-

bien de moles de gaz faut-il ajouter, si on place ce ballon à la température de la pièce (25°C) ?



Exercices 2-7 1- Considérant que l'argon agit comme un gaz parfait, quel volume occupera 2,00 moles de ce gaz à

90°C et 97,9 kPa ? 2- Considérant que l'oxygène agit comme un gaz parfait, quelle pression aura 8,0 g d'oxygène s'il

occupe un volume de 11,2 L à 25°C. 3- À 18°C et 101,9 kPa, une masse de 2,7 g de gaz occupe un volume de 4,0 L. Considérant qu'il

agit comme un gaz parfait, calcule sa masse molaire moléculaire. Identifie ce gaz parmi ceux-ci : He, Ne, SO2, NO2, N2, CH4 et NH3



-Identification d'un gaz inconnu EXPÉRIME,TATIO, 6 DÉTERMI,ATIO, DE LA MASSE MOLAIRE D'U, GAZ BUT : Déterminer la masse molaire d'un gaz inconnu à l'aide de la relation :

Connaissant sa masse molaire l'identifier parmi les gaz suivants :

He, Ne, CO2 , N2, H2 et CH4.

HYPOTHÈSE : ___________________________________________________________________ LISTE DU MATÉRIEL

-Thermomètre dans la classe

-Baromètre dans la classe

-Seringue de 140 mL + clou + bouchon

-Balance

-Contenant de gaz avec site d'injection

-Aiguille

-(N2 , CO2 , He et CH4)

PROTOCOLE DE L'EXPÉRIE,CE 1° Noter la t (°C) et la patm. du moment.

2° Faire le vide dans la seringue en poussant le piston au fond, en plaçant le bouchon et en tirant

avec force le piston vers le haut pour le fixer à 140 mL avec un clou.

3° Mesurer la masse de la seringue à 0,01 g près.

4° Introduire 140 mL de gaz dans la seringue, placer le clou et le bouchon et peser à 0,01 g près.

RÉSULTATS t = _______ °C et p = ________ kPa (dépendant du moment de l'expérience)

masse de la seringue vide = _________ g

masse de la seringue + gaz = _________ g

masse du gaz = _________ g

CALCUL DE LA MASSE MOLAIRE

CO,CLUSIO, Identification du gaz __________________________________________________________

pV

mRTM =

25 101,3

76,54

76,70

0,16

Le gaz est du N2



-Pressions partielles de Dalton EXPÉRIMENTATION 7 PRESSION TOTALE D'UN MÉLANGE DE GAZ BUT : Vérifier si la pression totale d'un mélange de gaz est égale à la somme des pressions par-

tielles exercées par chacun des gaz séparément.

HYPOTHÈSE : ___________________________________________________________________ LISTE DU MATÉRIEL - Baromètre et thermomètre dans la classe. - 2 contenants de gaz munis chacun d'une aiguille et d'un site d'injection. - 1 manomètre à bout ouvert + aiguille (à l'extrémité du tube coudé). - 1 seringue de 140 mL + clou de blocage + un site d'injection (utilisé comme bouchon). PROTOCOLE 1° CO2 seulement. - À l'aide d'une aiguille introduire 70 mL de CO2 dans la seringue de 140 mL. - Enlever l'aiguille et mettre le site d'injection, qui agit comme bouchon. - Tirer sur le piston et demander à votre coéquipier de fixer le piston à 140 mL à l'aide du

clou. - Mesurer la pression en introduisant l'aiguille du manomètre dans le site d'injection qui sert

de bouchon à la seringue.



- Noter les lectures supérieure et inférieure du niveau de mercure et calculer la hauteur du niveau de Hg (h).

h = ____________ – ____________ = ______________ cm p1 = patm - h = ____________ – _____________ = _____________ cm 2° O2 seulement. -À l'aide d'une aiguille introduire 50 mL de O2 dans la seringue de 140 mL. -Suivre les mêmes instructions que pour le CO2.

h = ____________ – ____________ = ______________ cm p2 = patm - h = ____________ – _____________ = ______________ cm 3° Mélange de CO2 et de O2 . -À l'aide d'une aiguille introduire successivement 70 mL de CO2 et 50 mL de O2 dans la ser-

ingue de 140 mL de manière à avoir un volume total de 120 mL. Étirer ce volume à 140 mL comme dans 1° et 2° et mesurer la pression du mélange.

h = ____________ – ____________ = ______________ cm pt = patm - h = ____________ – _____________ = ______________ cm A'ALYSE DES RÉSULTATS 1- Additionne les pressions partielles p1 et p2 : p1 + p2 = _______________________ cm 2- En tenant compte des erreurs expérimentales, compare la somme des pressions partielles de

chacun des gaz séparés et la pression totale du mélange. Que peux-tu dire : ______________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________

CO'CLUSIO' La pression __________ correspond donc à la somme des ____________ exercées______________

par chacun des gaz qui forment le _______________.

La pression fournie par chacun des gaz du mélange s'appelle pression _______________ de ce gaz.

La somme des pressions de chaque gaz est égale à la pression totale du mélange.

La pression totale d'un mélange de gaz est donc égale à la somme des pressions partielles de

chaque gaz, mesurées séparément

totale pressions séparément

mélange

partielle

57,0 cm 20,0 cm 37,0

76,0 cm 37,0 cm 39,0

62,5 cm 14,5 cm 48,0

76,0 cm 48,0 cm 28,0

44,0 cm 34,0 cm 10,0

76,0 cm 10,0 cm 66,0

39,0 cm + 28,0 cm = 67,0



-Pression partielle d'un gaz dans un mélange Sachant que 1,00 mole de gaz à 25°C et 101,3 kPa occupe un volume de 24,5 L, calculons le nombre de moles de CO2 contenues dans 70 mL et le nom-bre de moles de O2 contenues dans 50 mL. Inscrivons ces valeurs dans la figure et calculons le nombre total de moles. 1° MOLE de CO2 dans 0,070 L : 2° MOLE de O2 dans 0,050 L :

3° Connaissant le nombre de moles de chaque constituant dans le mélange et le nombre total de moles du mélange, on peut trouver la pression partielle exercée par chaque gaz en multipliant la pression totale par la fraction molaire de chaque gaz.

4° Calculons la pression partielle exercée par le CO2 dans le mélange : 5° Calculons la pression partielle exercée par le O2 dans le mélange : 6° Pression totale = 27 cm + 39 cm = 66 cm de Hg



Exercices 2-8 1- Un mélange de gaz à 101,3 kPa contient 0,65 mole d'azote, 0,15 mole d'oxygène et 0,20 mole de

gaz carbonique. Calcule la pression partielle exercée par chacun des gaz ? 2- On introduit, dans un récipient, 50 g de O2 et 50 g de CO2 sous une pression de 80 cm de Hg.

Quelle est la pression partielle exercée par chacun des gaz ? 3- Dans un mélange gazeux, les pressions partielles des constituants sont : H2 = 26,6 kPa, CO2 = 20,0 kPa, CH4 = 42,6 kPa et C2H2 = 14,0 kPa. Quelle est la pression totale du mélange et le nombre de moles de chacun des gaz, sachant que le

nombre total des moles est égal à 52,0 ?



Exercices 2-9 1- Nomme les 4 facteurs influençant le comportement d'un gaz ? ____________________________ _____________________________________________________________________________ 2- Pour chacun des modèles suivants, écris sous forme symbolique la relation qualitative des gaz.

Cite aussi une application dans la vie courante pour chaque cas. (si devient alors la température )

1- Expression qualitative :_______________________________________________________ Ex. :_______________________________________________________________________ 2- Expression qualitative :_______________________________________________________ Ex. :_______________________________________________________________________ 3- Expression qualitative :_______________________________________________________ Ex. :_______________________________________________________________________ 4- Expression qualitative :_______________________________________________________ Ex. :_______________________________________________________________________ 5- Expression qualitative :_______________________________________________________ Ex. :_______________________________________________________________________

3- La pression atmosphérique peut être exprimée en atm, en kPa et en mm de Hg. Alors on peut dire que : 1 atm = ______________ kPa = ____________ mm de Hg 4- Quel appareil permet de mesurer la pression atmosphérique ? _______________________ 5- Quel appareil permet de mesurer la pression d'un gaz dans un contenant ? __________________________________________________________________________ 6- Le manomètre métallique sert surtout à mesurer des pressions ____________de la vie courante et

le manomètre à mercure des pressions ________________ dans un laboratoire.

Quantité (n), volume (V), pression (p) et température (t)

à (p et t ) const si n alors V gonfler un ballon

à (V et t ) const si n alors p gonfler un pneu

à (n et t ) const si V alors p

amortisseur à l'air sur une auto

à (n et p ) const si t alors V un ballon gonflé à l'extérieur en hiver augmente de volume lorsqu'on l'entre dans la maison.

à (n et V ) const si t alors p un pneu augmente de pression lorsqu'il s'échauffe en roulant.

101,3 760

baromètre

manomètre métallique et manomètre à mercure

élevées peu élevées



7- Si on a un manomètre à mercure à bout ouvert branché à un contenant de gaz, quelle sera la for-mule permettant de calculer la pression du gaz dans le contenant :

a) si la hauteur du mercure (h) est du côté du contenant : __________________________ car la pression du gaz dans le contenant est ________________ que la pression atmosphérique.

b) si la hauteur du mercure (h) est du côté du bout ouvert : ___________________ car la pres-

sion du gaz dans le contenant est ________________ que la pression atmosphérique. c) si le niveau du mercure est égal : ____________________ car la pression du gaz dans le

contenant est ________________ à la pression atmosphérique. d) pour effectuer une lecture sur un manomètre à mercure à bout ouvert il faut connaître la

_____________________________ du moment. 8- Qu'entend-t-on par ZÉRO ABSOLU ?_____________________________________________ ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ 9- Que peux-tu dire du mouvement des molécules de gaz au zéro absolu ?____________________ 10- Quelle relation permet de transformer des °C en K ?__________________________________ 11- En fonction de quelle échelle de température les deux lois de Charles et de Gay-Lussac donnent-

elles seulement une fonction affine : __________ et une fonction affine directe : ____________ 12- Quelle loi des gaz varie d'une façon inversement proportionnelle ? _______________________ ____________________________________________________________________________ 13- Quelle différence y-a-t-il entre un gaz parfait et un gaz réel ?___________________________

___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________ ___________________________________________________________________________

14- Soit les graphiques suivants : a) Quel graphique représente la loi de Boyle, Mariotte :__________ b) Quel graphique représente la 1° loi de Charles, Gay-Lussac (Volume-Température en °C) ___ c) Quel graphique représente la 2° loi de Charles, Gay-Lussac (Pression-Température en K) ___

p = patm – h plus petite

p = patm + h plus grande

p = patm égale

pression atmosphérique

C'est la température la plus basse qu'on peut atteindre, c'est-à-dire la température où tous les gaz sont solides. ( 0 Kelvin ou -273°C)

il est nul

T(K) = t(°C ) + 273

t (°C ) T (K)

Loi de Boyle (pV = k)

Les molécules des gaz réels exercent une certaine force d'attraction les unes sur les autres et le gaz devient solide avant d'atteindre le zéro absolu. Pour le gaz parfait on considère qu'il n' y a aucune force d'attraction entre ses molécules et qu'il se solidifie exactement au zéro absolu.

2 3 1



15- Un ballon de verre à la température de la pièce, contient 2,00 moles de gaz et a une pression de 101,3 kPa. Si on ajoute 4,00 moles de gaz supplémentaires dans le ballon, quelle sera la nouvelle pression ?

16- Si 32 g de O2 sont contenus dans un cylindre muni d'un robinet à une certaine pression et si on

veut obtenir une pression égale au quart de la pression originale, combien de grammes de O2 doit-on retirer du cylindre ?

17- Un cylindre contient 765 mL de gaz propane à la pression de 125,3 kPa. Quel serait le volume

occupé par ce gaz si la pression était ramenée à 100,0 kPa ? 18- Du gaz propane est entreposé dans un réservoir à une pression de 555 kPa et à - 50°C. À quelle

température faut-il porter le réservoir pour rendre la pression 10 fois plus grande ?



19- Une mole d'hélium gazeux occupe un volume de 22,4 L à 0°C et 101, 3 kPa. Quel sera le volume de ce gaz si la température est de 25°C et que la pression demeure constante ?

20- Une seringue de 140 mL dans laquelle on a fait le vide a une masse de 73,75 g. Si on la remplit

d'oxygène à TPN (0°C et 101,3 kPa) sa masse est de 73,95 g. Si on la remplit d'un gaz X, dans les mêmes conditions de température et de pression, sa masse est de 74,15 g. Quel est le volume mo-laire de 1 mole d'oxygène dans ces conditions et la masse molaire du gaz X.

Idendifie le gaz X parmi les gaz suivants : SO2, H2, N2, CO2, NO2, NO, He :_______________ SO2



21- Un échantillon de CO2 occupe un certain volume à 0°C et 100,0 kPa. On triple la pression et on abaisse la température à - 60°C. Quel sera le volume final, si le volume initial était de 40,0 litres ?

22- Considérant que l'argon agit comme un gaz parfait, quel volume occuperont 4,00 moles de ce gaz à 50°C et 105,6 kPa ? (la constante des gaz parfaits, ) 23- À 20°C et 101,3 kPa, une masse de 9,57 g de gaz occupe un volume de 5,0 L. Considérant qu'il

agit comme un gaz parfait, calcule sa masse molaire moléculaire. Identifie ce gaz parmi ceux-ci : He, Ne, SO2, NO2, N2, CH4 et NH3

24- Un mélange d'air à 101 kPa contient 0,78 mole d'azote, 0,20 mole d'oxygène et 0,020 mole de

gaz carbonique. Calcule la pression partielle exercée par chacun des gaz ?



Exercices 2-10 1- Les trois états de la matière qui nous sont familiers (solide, liquide et gazeux) présentent certaines

ressemblances avec le comportement humain. Associe chacun des comportements humains suivants à l'état correspondant

«Ensemble de personnes gesticulant, bavardant, se tenant par la main, debout en ordre, dans les gradins du forum durant l'hymne national lors d'une partie de hockey». a) -État de la matière: _________________________ «Ensemble de personnes gesticulant, bavardant, marchant lentement vers la sortie du Forum ,dans un certain désordre, après la partie de hockey». b) -État de la matière: _________________________ «Ensemble des joueurs de hockey sur la glace, se déplaçant frénétiquement et rapidement, dans un grand désordre, se bousculant entre eux ou sur la bande». c) -État de la matière: _________________________

2- A partir de ce modèle, définis chaque état de la matière selon les propriétés suivantes:

3- La matière est généralement classée selon __________________________ . L'état le plus ordonné est le __________________________ . L'état le plus désordonné est le __________________. Entre les deux on a l'état ________________ et une grande quantité d'états _______________

Solide

Liquide

Gaz

déterminé déterminé indéterminé

déterminé indéterminé indéterminé

beaucoup d'ordre plus ou moins d'ordre beaucoup de désordre

grande

grande

nulle

très petite moyenne

faible

son degré d'ordre

solide cristallin

gaz

liquide intermédiaires



4- Donne quatre exemples de matériaux nouveaux qui font partie d'états intermédiaires de la matière : _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ 5- Donne deux exemples de suspensions colloïdales : _______________________________________ 6- Quelle différence y-a-t-il entre du plasma et du microplasma : _____________________________ _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________ 7- Donne des exemples de lieux où l'on retrouve des plasmas naturels : ______________________ _____________________________________________________________________________ 8- Quel(s) état(s) de la matière sont mis en cause lors des catastrophes naturelles suivantes : a) une avalanche : __________________________________________ b) un tremblement de terre : ______________________________ c) une tornade :____________________________________________ d) une inondation :__________________________________________ e) l'éruption d'un volcan :____________________________________ 9- D'après le modèle atomique de Dalton, comment expliquer : a) l'état solide : b) l'état liquide : c) l'état gazeux : _____________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________

les molécules lipidiques, les polymères, les cristaux liquides et les suspensions colloïdales.

émulsion et suspension

Le plasma est un gaz hautement ionisé maintenu à de très hautes températures et le microplasma est un groupe d'ions piégés dans un champ électromagnétique et refroidis à des températures près du zéro absolu.

Le soleil, les étoiles, la haute atmosphère terrestre et les aurores boréales

solide solide gaz liquide solide, liquide et gaz

Particules :

très rapprochées

immobiles

(fixes dans un cristal)

fortement liées

Volume déterminé

et

Forme déterminée

Particules :

plus ou moins rapprochées

peu mobiles

(glissent les unes sur les autres)

faiblement liées

Volume déterminé

et

Forme indéterminée

Particules :

très éloignées

très mobiles

(voyagent à de très grandes vitesses)

aucune liaison

Volume indéterminé

et

Forme indéterminée



Fusion

Solidif

icatio

n

Sublimation Condensation

Solide

Liquéfaction

Vaporisation

10- Écris sur les flèches de la figure qui suit, les changements de phase suivants : Liquéfaction, sublimation, solidification, condensation solide, vaporisation et fusion. 11- Identifie ceux qui se font avec une aug-

mentation de température : __________________________________ 12- Identifie ceux qui se font avec

une diminution de température : ______________________________ ______________________________ 13- Donne un exemple de sublimation

dans le cas de l'eau solide : ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ 14- Donne un exemple de condensation solide dans le cas de la vapeur d'eau : ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ 15- Suivant les conditions de réalisation, la vaporisation peut prendre la forme d'une _________________ ou d'une ___________________. 16- Explique l'évaporation d'un liquide : ______________________________________________ ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ Donne deux exemples : _________________________________________________________ 17- Explique l'ébullition d'un liquide : ______________________________________________ ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ 18- Explique le point ébullition d'un liquide : ___________________________________________

____________________________________________________________________________ 19- Explique la pulvérisation d'un liquide : ____________________________________________

____________________________________________________________________________

fusion, vaporisation, et sublimation

solidification liquéfaction et condensation solide

Au printemps, sous l'effet du soleil et des courants d'air chaud, la neige se sublime (passe à l'état vapeur) sans passer par l'état liquide. Ce qui explique que les bancs de neige baissent à vue d'oeil sans qu'il y ait de flaques d'eau.

Dans la maison par temps très froid, l'humidité de l'air (vapeur d'eau) se condense sur les vitres froides et forme de jolis cristaux sans passer par l'état liquide.

évaporisation ébullition

L'évaporation, est un passage progressif de l'état liquide à l'état gazeux, sans ébullition du liquide en vapeur.

L'Ébullition est la formation de bulles lors d’un changement violent d’un corps de l’état liquide vers l’état gazeux.

flaque d’eau qui s’évapore et séchage du linge.

le point d'ébullition est la température à

laquelle la pression de vapeur du liquide est de 1 atmosphère.

La pulvérisation est l'action de projeter de la poudre ou un liquide en fine pluie à l'aide d'un pulvérisateur



EXPÉRIMENTATION 8 DIFFUSION D'UN SOLIDE et d'un GAZ, et EFFUSION D'UN GAZ

BUT : Observer la diffusion d'un solide dans un liquide puis dans un milieu mi-solide mi-liquide (gélatine). Observer la différence de vitesse d'effusion entre deux gaz. HYPOTHÈSE : Dans quel milieu crois-tu qu'un solide se diffuse le plus rapidement ( dans un liquide ou dans un mi-lieu gélatineux) ?_______________________________ Entre He et CO2, lequel a la plus grande vitesse d'effusion à travers une fine aiguille ? (explique) ____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________ MATÉRIEL -Cristaux de KMnO4, CuSO4 et CoSO4. -2 vases de pétri, dont un avec de la gélatine incolore. -Eau distillée, Chronomètre. -Contenants de gaz (He et CO2), avec site d'injection et aiguille 21(verte). -1 seringue de 140 mL + clou + site d'injection (sert de bouchon) + aiguille 23 (bleu). -1 seringue de 60 mL. PROTOCOLE: 1° Dans le vase de pétri contenant de la gélatine dépose à trois endroits différents quelques cristaux

de chacun des solides KMnO4, CuSO4 et CoSO4 . À la fin de la période note tes observations : _____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________ 2° Verse de l'eau dans le verre de pétri et ajoute quelques cristaux de KMnO4. Sans brasser l'eau,

observe ce qui se passe après quelques minutes et tout au long de la période. Note tes observa-tions:

_____________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________ _____________________________________________________________________________ 3° Prends une seringue de 140 mL, pousse le piston au fond, bouche la seringue avec le site d'injec-

tion qui sert de bouchon et tire avec force sur le piston jusqu'à 140 mL. Demande à ton (ta) coéquipier(e) de placer le clou pour fixer le piston à 140 mL.

- Prends l'autre seringue de 60 mL et va la remplir d'He. Bouche l'ouverture avec ton doigt et re-

tourne à ta place. Fixe la fine aiguille (bleu) à la seringue contenant de l'hélium et introduis l'ai-guille dans le site d'injection de l'autre seringue. Au même moment part le chronomètre et note le temps de la course du piston de la seringue contenant le gaz.____________ en secondes.

4° Refais les mêmes manipulations qu'à 3°, mais cette fois avec du CO2. ____________ secondes.

Les cristaux se diffusent d'une manière concentrique dans la gélatine

Les cristaux se diffusent d'une manière concentrique dans l'eau mais beaucoup plus rapide-ment que dans la gélatine. À la fin, avec la turbulence du liquide, la coloration devient presque uniforme.

1° 10s, 2° 31s

1° 35s, 2° 93s

Selon l'élève

Selon l'élève



CONCLUSION 1° Dans quel cas (dissolution d'un solide dans un liquide ou dissolution d'un solide dans lagélatine) la

vitesse de dissolution est-elle la plus grande ? Explique pourquoi : _______________________________________________________________________________

2° Pour quel gaz la vitesse d'effusion est-elle la plus grande ? ________________________________ Explique pourquoi: _______________________________________________________________

_______________________________________________________________________________ _______________________________________________________________________________

3° Calcule combien de fois plus rapide est la vitesse des molécules d'He que celle du CO2 ? 4° Si tu refais cette expérience avec de l'azote et de l'oxygène, comment classeras-tu ces quatre gaz

par ordre décroissant de vitesse d'effusion ? __________________________________________ Explique pourquoi : ______________________________________________________________ ______________________________________________________________________________

RÉSUMÉ

Voici 7 postulats que la théorie cinétique propose pour expliquer le comportement d'un gaz :

1° Les gaz sont constitués de molécules ou d' atomes et pour un même gaz toutes les particules sont identiques.

2° Les molécules de gaz s'entrechoquent et frappent continuellement les parois du contenant. Les collisions molécu-laires sont parfaitement élastiques, c'est à dire aucune perte d'énergie.

3° Dans un gaz, les molécules ayant une très grande vitesse, et étant très éloignées les unes des autres, l'attraction entre les molécules est nulle.

4° Les molécules étant très petites et très distantes les unes des autres, on considère que leur volume est nul par rap-port au volume total de gaz.

5° Pour un même gaz, la vitesse moyenne de ses molécules est directement proportionnelle à sa température absolue.

6° L'hypothèse d'Avogadro nous permet de dire qu'à même température les volumes égaux de deux gaz différents comportent le même nombre de molécules et exercent la même pression sur les parois du contenant.

7° La pression est une mesure directe de la force, due aux collisions moléculaires par unité de surface et la tempéra-ture absolue (K) est une mesure directe de l'énergie cinétique moyenne interne d'un gaz.

Loi de la combinaison des volumes de gaz : Les volumes gazeux qui entrent en réaction et qui sont produits au cours d'une réaction chimique sont entre eux dans des rapports entiers et petits.

Loi de diffusion des gaz :

Dissolution d'un solide dans un liquide car les molécules vont plus vite

Pour l'hélium Plus la masse molaire moléculaire est petite plus la vitesse des molécules est grande , donc les molécules d'He s'échappent plus vite par le petit trou de l'aiguille que celle du CO2.

1° 35 s / 10 s = 3,5 fois plus vite 2° 93 s / 31 s = 3,0 fois plus vite

Moyenne: 3,3 fois plus vite

He, N2, O2 et CO2

Plus la masse molaire moléculaire est petite plus la vitesse des molécules est grande

)1(

)2(

)2(

)1(

Gaz

Gaz

Gaz

Gaz

MM

vv

=



AUTOÉVALUATION 1- Identifie le comportement naturel des gaz, suivants : a) transformation du O2 en CO2 : ___________________________________________________ b) transformation du CO2 en O2 : ___________________________________________________ c) fermentation alimentaire : _______________________________________________________ d) formation des nuages : _________________________________________________________ e) fermentation des eaux stagnantes : ________________________________________________ f) vent très violent _______________________________________________________________ g) brume constituée de polluants atmosphériques ______________________________________ 2- Comment classe-t-on la matière normarlement ? ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ 3- Nomme des états de la matière issue de la technologie ou des phénomènes naturels : ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________ 4- Selon le modèle de Dalton, définis chaque état de la matière selon les propriétés suivantes :

respiration photosyntèse flatulence évaporation de l'eau formation du méthane ouragan, tornade smog

de l'état solide cristallin (le plus ordonné) à l'état gazeux (le plus désordonné).

- les molécules lipidiques - les polymères - les cristaux liquides - lessuspensions colloïdales - les plasmas - les microplasmas (plasma froid)

déterminé déterminé indéterminé

déterminé indéterminé indéterminé

beaucoup d'ordre plus ou moins d'ordre beaucoup de désordre

grande

grande

nulle

très petite moyenne

faible



5- Enonce la loi de la combinaison des volumes de gaz ? __________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

6- En utilisant la méthode de tâtonnement balance l'équation chimique suivante :

___ N2 (g) + ___ H2 (g) ____ NH3 (g)

a) D'après la loi de la combinaison des volumes de gaz on peut dire :

____ volume de N2 réagit avec ____ volumes de H2 pour donner ____ volumes de NH3

b) D'après l'hypothèse d'Avogadro on peut dire que chaque volume contient un même nom-bre de molécules. Démontre alors, à l'aide du modèle moléculaire, qu'il y a conservation des atomes dans une réaction chimique et par le fait même conservation de la masse. (Dessine dans chaque volume deux molécules)

____ N2 + ____ H2 ____ NH3

7- Enonce l'hypothèse d'Avogadro ? __________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

8- L'hypothèse d'Avogadro permit à la chimie de prendre un essor considérable. Elle a permis surtout :

1° D'ajouter à la théorie atomique de Dalton la théorie _______________________ et de rendre

possible la distinction entre __________________ et ________________. 2° De prouver la __________________________ des molécules de certains gaz. 3° D'expliquer la loi de la _______________________________________ de Gay-Lussac. 4° D'écrire les formules __________________des corps et les ___________________ chimiques. 5° D'élaborer une méthode pour établir les masses _________________________ des molécules

et des atomes.

Les volumes gazeux qui entrent en réaction et qui sont produits au cours d'une réaction

chimique sont entre eux dans des rapports entiers et petits.

1

1 3 2

4 6 2

2 3

Des volumes égaux de différents gaz, mesurés à la même température et à la même pression,

contiennent un même nombre de molécules

moléculaire

atome molécule

diatomicité

combinaison des volumes de gaz

moléculaires équations

relatives



9- Identifie pour chacune des figures suivantes les mouvements moléculaires de la molécule d'eau ? ______________ ________________________ _______________ ______________ ___________ ___________ _____________ 10- Énonce les 7 postulats de la theorie cinétique ?

1°___________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

2°___________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

3°___________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

4°___________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

5°___________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

6°___________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

_____________________________________________________________________________

mouvement Brownien translation rotation

symétrique asymétrique cisaillement

Vibration

Les gaz sont constitués de molécules ou d' atome et pour un même gaz toutes les particules sont identiques

Les molécules de gaz s'entrechoquent et frappent continuellement les parois du contenant. Les collisions moléculaires sont parfaitement élastiques, c'est à dire aucune perte d'énergie

Dans un gaz, les molécules ayant une très grande vitesse, et étant très éloignées les unes

des autres, l' attraction entre les molécules est nulle

Les molécules étant très petites et très distantes les unes des autres, on considère que leur

volume est nul par rapport au volume total de gaz.

Pour un même gaz, la vitesse moyenne de ses molécules est directement proportionnelle

à sa température absolue.

L'hypothèse d'Avogadro nous permet de dire qu'à même température les volumes égaux de

deux gaz différents comportent le même nombre de molécules et exercent la même pression

sur les parois du contenant.



7°___________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________

11- Écris pour chaque cas dans le tableau suivant si les sortes d'énergie cinétique sont : nulle, très petite, petite, moyenne, grande ou très grande.

Temp. Temp. Phénomènes Sortes d'énergie cinétique °C K Vibration Rotation Translation -273 0 H2O (s) - 10 263 H2O (s) 0 273 H2O (s) H2O (l)

25 298 H2O (l) 100 373 H2O (l) H2O (g) 120 393 H2O (g)

12- À quelle température, les formes d'énergie cinétique de l'eau sont-elles nulles ? _________ À partir de quelle température l'énergie cinétique de vibration existe-t-elle seulement dans une

molécule d'eau ?________________ 13- Donne la définition de la diffusion : ________________________________________________

____________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________

14- Donne la définition de l'effusion : _________________________________________________

____________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________

La pression est une mesure directe de la force, due aux collisions moléculaires par

unité de surface et la température absolue (K) est une mesure directe de l'énergie cinétique moyenne interne d'un gaz.

On entend par diffusion, l'action d'une substance de se propager , de se répandre dans tout l'espace (volume ) qu'on lui donne.

On entend par effusion, l'action d'un gaz de s'échapper à travers une petite ouverture. Il

existe une relation intéressante entre la vitesse d'effusion d'un gaz et sa masse molaire

moléculaire. Ainsi la théorie cinétique établit que la vitesse d'effusion d'un gaz à travers une

petite ouverture est inversement proportionnelle à la racine carrée de sa masse molaire

moléculaire.

nulle nulle nulle

très petite nulle nulle

petite très petite très petite

moyenne petite petite

grande moyenne moyenne

très grande grande grande

- 273 °C

sous 0 °C



15- La formule mathématique résumant la loi de la diffusion des gaz pourrait s'écrire : où v = _______________________________ et M = _______________________________ 16- Calcule la vitesse d'effusion relative (rapport des vitesses) de He et du CO2 à travers un petit trou

d'aiguille et compare cette valeur à celle obtenue dans l'expérimentation 1. 17- Sachant que la vitesse moyenne des molécules du dihydrogène à 0°C est de 1,8 km/s, calcule la

vitesse moyenne des molécules du dioxygène à cette température. 18- Deux gaz (H2 et CO2) s'échappent à travers un fin trou d'aiguille. a) Quel gaz aura la vitesse d'effusion la plus grande ? Pourquoi ? ______________________________________________________________________________ b) La molécule de H2 ira combien de fois plus vite que celle de CO2 ?

vitesse moyenne des molécules masse molaire des gaz

le H2 , car plus sa masse est petite plus sa vitesse est grande.



19- À l'aide de la théorie cinétique, explique pourquoi, lorsqu'on ouvre une bouteille de parfum, l'odeur se répand partout dans la pièce après un certain temps.

____________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________

20- Explique pourquoi le mercure ne descend pas plus de 76 cm dans le tube d'un Baromètre.

____________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________

21- Exprime la pression atmosphérique normale en cm et en mm de mercure (Hg).

____________________________________________________________________________

22- Sachant que la masse volumique du mercure est 13,6 fois celle de l’eau qui est égale à 1, calcule la hauteur maximale d’eau qu’on peut faire monter dans un tube si on aspire tout l’air dans le tube.

____________________________________________________________________________

23- Explique pourquoi une boisson gazeuse monte dans une paille lorsque tu aspires dans celle-ci. ____________________________________________________________________________

____________________________________________________________________________

24- Calcule la pression atmosphérique normale (1,000 atm) en kPa ?

25- Sachant que : 1,00 atm = 76,0 cm de Hg = 101,3 kPa transforme les lectures barométriques suivantes dans l'unité demandée ? a) 710 mm de Hg en kPa ? b) 104,5 kPa en cm de Hg ? c) 0,50 atm en mm de Hg ?

Parce qu'un gaz tend à occuper, tout l'espace qu'on lui donne.

Parce que la pression d’une colonne d’air a la surface du mercure dans la coupe est égale à la

pression d’une colonne de mercure de 76 cm de Hg ou 760 mm de Hg.

76,0 cm de Hg ou 760 mm de Hg

76,0 cm de Hg x 13,6 = 1,03 x 10 3 cm ou 10,3 m

Lorsqu'on aspire dans une paille, comme la pression dans la paille devient plus basse que celle sur le liquide, ceci explique pourquoi le liquide monte dans la paille.

7,502 x 10 -3 mm de Hg = 1, 000 Pa 760,0 mm de Hg = x = 1,013 x 10 5 Pa alors 1,000 atm = 760,0 mm de Hg = 101,3 kPa

76,0 cm de Hg = 101,3 kPa 71,0 cm de Hg = x = 94,6 kPa

101,3 kPa = 76,0 cm de Hg 104,5 kPa = x = 78,0 cm de Hg

1,00 atm = 760 mm de Hg 0,50 atm = x = 380 mm de Hg



26- Dans un manomètre à mercure (Hg) à bout fermé : P gaz = _______ 27- Dans un manomètre à mercure (Hg) à bout ouvert si : P gaz > P atm alors P gaz = ______________ P gaz < P atm alors P gaz = ______________ 28- Dans l'utilisation d'un manomètre à mercure (Hg) à bout ouvert , il faut toujours connaître la ______________________________ du moment à l'aide d'un _______________________. 29- Pour chacun des manomètres suivants donne la pression du gaz contenu dans le contenant : a) b) c)

Patm + h

Patm - h

h

pression atmosphérique baromètre

P atm = 763 mm de Hg

P atm = 755 mm de Hg

h = 425 mm de Hg

h = 245 mm de Hg

h = 630 mm de Hg

P gaz ___ P atm alors Pgaz = Patm ___ h Pgaz = _______________ = ________________

P gaz ___ P atm alors Pgaz = Patm ___ h Pgaz = ________________ = ________________

+

>

-

<

755 - 425

763 + 245

Pgaz = ______ = __________________ h 630 mm de Hg

330 mm de Hg

1008 mm de Hg



Voici 4 comportements des gaz (lois des gaz) illustrés par chacun des montages suivants : Ces montages permettent de répondre aux questions 1 à 12. 30- Que peux-tu dire de l'influence de la nature du gaz utilisé dans chacun de ces montages ? _____________________________________________________________________________ 31- Quel montage correspond à chacune des expressions qualitatives des gaz suivantes ? a) à (t et p ) const si n alors V : ____ c) à (n et p ) const si t¦ alors V : ___ b) à (n et t ) const si V alors p : ____ d) à (n et V ) const si t alors p : ___ 32- Quel montage correspond à l'expression littérale décrivant le comportement des gaz ?

a) Le volume d'un gaz varie de façon croissante (affine) avec la température exprimée en degrés Celcius (°C) : ____

b) Le volume d'un gaz varie de façon directement proportionnelle (affine directe) avec la quan-tité : ____

c) Le volume d'un gaz varie de façon inversement proportionnelle avec la pression : ____ d) La pression d'un gaz varie de façon croissante (affine) avec la température exprimée en degrés

Celcius (°C) : ____

33- Donne la représentation graphique du comportement des gaz pour chaque montage. (Indique sur chaque graphique les variables: dépendante et indépendante) 34- Donne la relation mathématique du comportement des gaz pour chaque montage. 1-_____________ 2-________________ 3-_________________ 4-______________ 35- Que faut-il faire pour transformer les fonctions affines des montages 1 et 2 en fonctions affines

directes ? ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________________

______________________________________________________________________________

La nature d'un gaz n'a aucune influence sur son comportement.

3 4

1 2

1

3 4

2

V = kt + b p = kt + b V = kn pV = k

Il faut faire une translation horizontale (T = t + x) , c'est-à-dire établir une nouvelle échelle de température qui aura comme valeur 0 lorsque la pression ou le volume devient égal à zéro.



36- On obtient alors une nouvelle échelle de température dite ____________ et exprimée en _________ (K) où T(K) = t (°C) + ________ .

37- À partir de ces changements : volume ou pression versus température absolue (T) exprimée en Kelvin, (K)

redessine la courbe des comportements des gaz dans les montages 1 et 2 et donne la nouvelle relation mathématique (affine directe).

1-_____________ 2-________________ 3- V = kn 4- pV = k 38- Si on exprime les relations mathématiques du comportement des gaz de la manière suivante : 1- 2- 3- 4- _______________ __________________ ___________________ ___________________ 39- Quel montage représente :

a) la loi de Boyle ?_____ b) la première loi de Charles et de Gay-Lussac ? _____ c) la deuxième loi de Charles et de Gay-Lussac ? _____

40- A quel montage du comportement des gaz correspond chacun des modèles suivants? (Note qu'une masse

sur le piston indique une augmentation de pression et un allongement de la flèche à côté d'une particule in-dique une augmentation de température).

____ ____ ____ ____ 41- Quel montage a un comportement du gaz identique à celui : a) d'un amortisseur à air sur une auto ? ____ b) d'une augmentation de pression lorsqu'un pneu s'échauffe en roulant ? ____ c) d'une diminution du volume d'un ballon lorsqu'on le sort dehors en hiver ? ____ d) d'un cric pneumatique ?____

absolue Kelvin 273

V = kT p = kT

4 1 2

3 4 1 2

4 2

1 3



42- À quoi équivaut la pression atmosphérique normale exprimée : a) en kPa = ________________ b) en mm de Hg = ________________ c) en atmosphère = ________________ 43- Transforme 202,6 kPa en mm de Hg et en atmosphère. 44- 6,00 moles de gaz est enfermée dans un piston et occupe un volume de 147 L. Si la température

et la pression demeurent constantes, quel volume occupera ce gaz si on enlève 4,00 moles de ce gaz ?

45- Une certaine quantité d'hélium occupe un volume de 27,0 L à une pression de 101,3 kPa. Si on

veut comprimer cette quantité de gaz dans une bonbonne de 3,00 L, quelle pression doivent sup-porter les parois de cette bonbonne ?

46- Une canette de peinture en aérosol est construite de manière à supporter une pression maximale

de 200,0 kPa et le gaz propulseur y a été introduit à une température de 20 °C et à une pression de 135 kPa. Sachant qu'une canette de peinture en aérosol peut exploser à haute température, quelle est la température limite que peut supporter cette canette ?

47- Énonce la loi de la combinaison des volumes de gaz (loi de Gay-Lussac) . ________________ ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ 48- Énonce l'hypothèse d'Avogadro . _________________________________________________ ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________ ____________________________________________________________________________

101,3 kPa 760 mm de Hg 1 atmosphère

le double soit 1520 mm de Hg et 2 atmosphères

Les volumes gazeux qui entrent en réaction et qui sont produits au cours d'une réaction chimique sont entre eux dans des rapports entiers et petits.

Des volumes égaux de différents gaz, mesurés à la même température et à la même pres-sion, contiennent un même nombre de molécules.



49- En utilisant la méthode de tâtonnement balance l'équation chimique suivante : ___ N2(g) + ___ H2(g) ____ NH3(g)

a) D'après la loi de la combinaison des volumes de gaz on peut dire : ____ volume de N2 réagit avec ____ volumes de H2 pour donner ____ volumes de NH3 b) D'après l'hypothèse d'Avogadro on peut dire que chaque volume contient un même nombre de

molécules. Démontre alors, à l'aide du modèle moléculaire, qu'il y a conservation des atomes dans une réaction chimique et par le fait même conservation de la masse. (Dessine dans chaque volume deux molécules)

____ N2 ____ H2 ____ NH3

50- a) Donne la définition de la masse molaire atomique : _________________________________ ___________________________________________________________________________ b) Donne la définition de la masse molaire moléculaire : _______________________________ __________________________________________________________________________ c) Puisque 1 MOLE est une quantité au même titre qu'une douzaine, quelle est donc cette quantité exprimée en notation scientifique ? 1 MOLE = __________________ particules d) Comment peut-on calculer la masse atomique ou moléculaire en grammes ? e) Donne la définition de la masse atomique ou moléculaire : _____________________________ ____________________________________________________________________________ 51- On pèse 49 g de H2SO4 : a) Calcule la masse molaire moléculaire du H2SO4 : b) Calcule la masse moléculaire (en g) du H2SO4 : c) Calcule la masse moléculaire (en u.m.a.) du H2SO4 : d) Calcule le nombre de moles de molécules qu'on a pesées : e) Calcule le nombre de molécules qu'on a pesées :

1 3 2

3 1 2

2 6 4

C'est la masse de 1 mole d'atomes ex-primée en grammes. (Voir tableau périodique)

C'est la masse de 1 mole de molé-cules exprimée en grammes. (Voir tableau périodique)

6,02 x 1023

C'est la masse d'un atome ou d'une molécule exprimée en u.m.a. (Voir tableau périodique)



52- Une seringue de 140 mL dans laquelle on a fait le vide a une masse de 72,55 g. Si on la remplit d'oxygène à TPN (0°C et 101,3 kPa) sa masse est de 72,75 g. Si on la remplit d'un gax X, dans les mêmes conditions de température et de pression, sa masse est de 72,84 g. Calcule la masse mo-laire du gaz X et identifie le gaz X parmi les gaz suivants :

SO2, H2, N2, CO2, NO2, NO, He. 53- 2,00 moles de CO2 à 20°C occupent un certain volume et exercent une certaine pression. Si on

ajoute 3,00 moles de CO2 supplémentaires, à quelle température doit-on porter ce gaz pour que sa pression triple et son volume diminue de moitié ?

54- À 20°C et 101,3 kPa, une masse de 12,5 g de gaz occupe un volume de 15,0 L. Considérant qu'il

agit comme un gaz parfait, calcule sa masse molaire moléculaire. Identifie ce gaz parmi ceux-ci : He, Ne, SO2, NO2, N2, CH4 et NH3.



55- La pression exercée par un échantillon d'air sec est de 770 mm de Hg. Si la composition de l'air est de 22,0 moles d'oxygène et 78,0 moles d'azote, quelle est la pression partielle de chacun des gaz du mélange ?

56- Deux gaz (H2 et CO2) s'échappent à travers un fin trou d'aiguille. a) Quel gaz aura la vitesse d'effusion la plus grande ? Pourquoi ? ____________________________________________________________________________ b) La molécule de H2 ira combien de fois plus vite que celle de CO2 ?

57- Sachant que la vitesse moyenne des molécules de H2 à 0°C est de 1,8 km/s, détermine la vitesse moyenne des molécules de N2 à 0°C.

58- Nomme les trois sortes d'énergie cinétique présentes dans une molécule ? _____________________________________________________________________________ 59- À quelle température, les formes d'énergie cinétique de l'eau sont-elles nulles ? _______________ À partir de quelle température l'énergie cinétique de vibration existe-t-elle seulement dans une

molécule d'eau ?________________

le H2 , car plus sa masse est petite plus sa vitesse est grande.

vibration, rotation et translation.

- 273 °C

sous 0 °C

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