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Programme A. De l’air qui nous entoure à la molécule

Cette séance expérimentale illustre la partie de programme ci-dessous, parue dans l'annexe IV à l'arrêté du 6 avril 2007 publié au BO hors série n° 6 du 19 avril 2007, afin de tenir du socle commun de connaissances et de compétences au collège ( B.O. n° 29 du 20 juillet 2006).

Connaissances Capacités Exemples d'activités

LES COMBUSTIONS

Qu'est-ce que brûler ?

Une combustion nécessite la présence de réactifs (combustible et comburant) qui sont consommés au cours de la combustion ; de nouveaux produits se forment.

La combustion du carbone nécessite du dioxygène et produit du dioxyde de carbone.

Réaliser, décrire et schématiser la combustion du carbone dans le dioxygène.

Réalisation de quelques transformations avec du dioxygène et caractérisation des produits formés :

Test du dioxyde de carbone : le dioxyde de carbone réagit avec l’eau de chaux pour donner un précipité de carbonate de calcium.

Réaliser le test de reconnaissance du dioxyde de carbone. Identifier lors de la transformation les réactifs (avant transformation) et les produits (après transformation).

- combustion du carbone (morceau de fusain) dans le dioxygène, test du dioxyde de carbone, précipité de carbonate de calcium ;

Certaines combustions incomplètes peuvent être dangereuses.

Étude documentaire [B2i] : - danger des combustions incomplètes et des combustions explosives ; - effets sur l’organisme humain du monoxyde de carbone ; (prévention des accidents et des incendies, consignes en cas d'accident et d'incendie).

Pré requis de l’élève

o L’air est un mélange constitué essentiellement de deux gaz : le diazote et le dioxygène ; o Les tests de reconnaissance du dioxyde de carbone et de l’eau.

Mots-clé

o Combustion, o Carbone, o Dioxygène,

o Dioxyde de carbone, o Combustible, o Comburant.

Liste de matériel Poste élève Référence

o Fusain 01339000-10 o Eau de chaux 01371980-10 o Bocal à combustion 06792 o Allumettes o Seringue 02212 o Tuyau souple 00864 o Tube à essais 06692

Niveau 4ème

Physique - Chimie

La combustion du carbone

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o Bûchette en bois o Support de tubes à essais 00022 o 3 bougies 01260000.10 o 3 boîtes de pétri en verre 06540 o 3 bocaux à combustion avec couvercles 06536 et 07559

Poste professeur Référence o Dioxygène 06040024-10 o Diazote 06040025-10 o Vanne de remplissage 06040030-10

Remarques, astuces

o Pour l’activité 1, mettre les élèves par groupe de trois, cela facilitera la répartition des tâches et permettra effectivement de coiffer les trois bougies simultanément.

o Le professeur étiquettera clairement pour chaque groupe les trois récipients « dioxygène pur», « diazote » et « air ». Les récipients seront préparés en l’absence des élèves et seront conservés quelques heures maximum.

o Pour rendre le morceau de fusain incandescent, une bougie suffit. Bien préciser aux élèves, que le fusain est incandescent lorsqu’il rougit.

o Pour le test du dioxygène, prendre une bûchette assez fine comme par exemple un cure dent ou un pic à brochettes.

Prolongements

o Activité documentaire sur le rôle du dioxyde de carbone dans l’effet de serre « Si l’effet de serre n’existait pas, la Terre serait couverte de glace. Sans entrer dans le détail assez complexe des mécanismes qui entrent en jeu, le Soleil émet vers la Terre une certaine quantité d’énergie principalement composée de rayonnements électromagnétiques. Cette énergie est absorbée par les océans et les continents qui en restituent une partie sous forme de radiations infrarouges, se traduisant par de l’énergie thermique, laquelle doit diffuser à son tour vers l’espace. Mais ces échanges ne s’équilibrent pas ; entre le Soleil et la Terre, l’atmosphère joue le rôle d’un gigantesque filtre qui possède la particularité d’être plus transparent pour le rayonnement solaire que pour le rayonnement terrestre. Conséquence : le bilan est positif à la surface de la Terre où la chaleur s’accumule permettant qu’un équilibre s’établisse à une température moyenne de 15 °C. C’est le même phénomène qui se produit à l’intérieur d’une serre qui joue un rôle similaire à celui de l’atmosphère.

Si la masse d’air qui enveloppe notre planète s’apparente à un filtre, c’est parce qu’elle contient de la vapeur d’eau et des molécules de dioxyde de carbone (CO2). Plus il y a de dioxyde de carbone, plus le rayonnement infrarouge terrestre a du mal à se dissiper dans l’espace et plus il fait chaud sur la Terre. Or en brûlant de plus en plus d’énergie fossile, sous forme de gaz naturel, de charbon et de pétrole, les hommes injectent dans l’atmosphère d’énormes quantités de gaz carbonique : 6 milliards de tonnes par an ! Au dioxyde de carbone qui est le premier responsable de l’effet de serre, s’ajoutent d’autres gaz, dits à effet de serre, comme les CFC, le méthane, ... . Les conséquences attendues de cet enrichissement intempestif de l’atmosphère sont des perturbations du climat à l’échelle de la planète. »

À partir de la brochure « L’Environnement : un défi pour le XXIème Siècle » Éditée par le Ministère de l’Environnement - Juin 1994

o Activité sur les dangers des combustions,

« Les combustibles usuels peuvent être solides (bois, charbon, …), liquides (pétrole, fuel,…) ou gazeux (méthane, propane, butane…). Tous brûlent en consommant du dioxygène pris dans l’air. Avec un appareil (chaudière, chauffe-eau, cuisinière, poêle, cheminée, plaque de cuisson…) bien réglé et dans un local bien ventilé, leur combustion est complète. Le dioxyde de carbone et l’eau produits ne sont pas toxiques. Mais attention, un air trop riche en dioxyde de carbone présente un risque d’asphyxie. Avec un appareil défectueux ou/et une arrivée d’air insuffisante (pièce calfeutrée.. .), la combustion est incomplète. Elle peut alors produire du carbone et un gaz incolore, inodore et très toxique le monoxyde de carbone.

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Une personne intoxiquée par du monoxyde de carbone a des maux de tête, des vertiges, des nausées, des pertes de conscience et elle risque la mort si elle n’est pas secourue. Les molécules de monoxyde de carbone se fixent sur l’hémoglobine du sang à la place des molécules de dioxygène : il se forme du carboxyhémoglobine qui provoque une intoxication grave que l’on ne peut traiter que par une oxygénation de la personne asphyxiée. Une personne intoxiquée au monoxyde de carbone devra être soignée en caisson hyperbare. »

o Quelles sont les consignes en cas d’incendie dans le collège ?

En cas d’incendie : - pourquoi faut-il fermer portes et fenêtres après évacuation de la salle ?

- où se trouve l’air frais dans une pièce ? - quel est le numéro de téléphone des pompiers ? - quel est l’itinéraire prévu pour évacuer la salle de Sciences Physiques ?

o Activité sur les règles de préventions pour éviter les incendies.

En France, un incendie domestique survient toutes les deux minutes. Plus de 5OO personnes y trouvent la mort chaque année. Les enfants et les personnes âgés qui ne peuvent pas fuir ni maîtriser l’incendie sont souvent les premières victimes. Ainsi, les incendies domestiques sont la deuxième cause de mortalité accidentelle des enfants de moins de cinq ans.

Pourtant, l’incendie n’est pas une fatalité, des règles simples de préventions peuvent l’éviter :

- faire ramoner les cheminées et les conduits une fois par an - ne brancher pas trop d’appareils sur la même prise - ne fumer pas au lit, ne videz pas les cendriers dans les poubelles à papier, - méfiez vous de l’huile sur le feu et du grille pain - n’utilisez jamais d’alcool ou d’essence pour raviver un barbecue ou un feu de cheminée - éliminez les produits inflammables des sources de chaleurs - faites entretenir les installations de gaz et d’électricité, faites réparer les appareils électriques défectueux - ne laisser jamais d’allumettes et de briquets à la portée des enfants - ayez chez vous un extincteur

Par ailleurs, 70% des incendies meurtriers ont lieu la nuit car la fumée surprend les habitants dans leur sommeil. L’intoxication par les fumées est alors la cause du décès et non les flammes. Les fumées toxiques et les gaz chauds qui se dégagent, peuvent tuer en quelques minutes. Ayez donc des détecteurs de fumées dans les chambres, vous serez ainsi réveillés dès l’apparition des fumées. De même ne laissez jamais une personne à mobilité réduite ou en enfant seul à la maison !

Compétences qu’il est possible d’évaluer

Expérimentales - Réaliser une expérience de combustion

- Répartir les rôles dans le groupe - Reconnaître un précipité - Réaliser le test de reconnaissance du dioxyde de carbone - Ordonner la paillasse pour réaliser un travail correct - Ranger le matériel

Théoriques - Savoir observer une photographie - Décrire une expérience de combustion - Tirer une conclusion - Identifier lors d’une transformation chimique les réactifs et les

produits - Ecrire la réaction chimique traduisant une transformation chimique - Utiliser les termes : comburant, combustible, combustion.

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Objectifs

o Découvrir le rôle du dioxygène dans les combustions ; o Réaliser la combustion du carbone dans l’air et dans le dioxygène ; o Identifier le produit formé ; o Connaître les notions de réactif et de produit ; o Ecrire la réaction chimique traduisant la combustion du carbone dans le dioxygène.

ACTIVITE 1 : Quelles sont les conditions pour réaliser une combustion ?

1. Expériences : o Enflammer trois bougies identiques ; o Coiffer simultanément les trois bougies avec des récipients contenant respectivement de

l’air, du diazote et du dioxygène pur (voir schémas ci-dessous).

2. Observations : Qu’observez-vous concernant les bougies ? Laquelle s’éteint la première ? la deuxième ? La bougie se trouvant dans le diazote s’éteint la première. La seconde est celle se trouvant dans l’air.

3. Conclusion : Reconstituer ce texte en vous aidant des termes suivants : dioxygène, air, diazote,

combustible, comburant.

4. Application :

Sur le calendrier des pompiers, on trouve le « triangle du feu » ci-contre : Observer le « triangle de feu » puis compléter le texte suivant : « Il y a risque d’incendie si trois conditions sont réunies : - présence d’un combustible - présence de comburant - une source de chaleur La prévention du feu passe par la suppression de l’un des côtés du triangle ».

Physique – Chimie

La combustion du carbone

Nom : Prénom : Classe : Date :

Une combustion nécessite la présence d’un combustible (ici la bougie) et d’un comburant (le dioxygène pur ou le dioxygène de l’air). La combustion est plus vive dans le dioxygène que dans l’air car le diazote n’entretient pas les combustions.

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ACTIVITE 2 : La combustion du carbone 1. Expériences :

a. En vous aidant des photos ci-dessous, réaliser la combustion d’un morceau de fusain dans l’air puis dans un flacon rempli de dioxygène. b. Après la combustion, placez votre main avec précaution, sur la paroi du flacon. c. Plonger ensuite une bûchette incandescente dans le flacon. d. À l’aide d’une seringue munie d’un tube souple, prélever un peu de gaz contenu dans le flacon. e. Envoyer ce gaz dans un tube à essais contenant de l’eau de chaux. 2. Observations : a. Compléter les phrases suivantes : Dans l’air, la combustion du fusain est peu intense. Dans le dioxygène, la combustion est plus vive. b. Qu’avez-vous constaté en plaçant votre main sur la paroi du flacon après la combustion ? La paroi est chaude. Compléter : La combustion du fusain dégage de l’énergie thermique (ou, pour un élève, de la chaleur). c. La bûchette incandescente se rallume –t-elle ? Non. Compléter : La combustion du carbone s’est arrêtée lorsque tout le dioxygène a disparu. d. Lorsque vous avez envoyé le gaz prélevé dans le flacon dans l’eau de chaux, que s’est-il passé ? L’eau de chaux s’est troublée. Compléter : Lors de la combustion du fusain, il se forme du dioxyde de carbone.

3. Conclusion : Reconstituer ce texte en vous aidant des termes suivants : transformation chimique, produit, réactifs, dioxyde de carbone.

La combustion du carbone dans le dioxygène est une transformation chimique car des corps disparaissent (les réactifs) tandis qu’un corps apparaît (le produit ). Le carbone et le dioxygène sont les réactifs. Le dioxyde de carbone est le produit.

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ACTIVITE 3 : Interprétons cette transformation chim ique

1. Le fusain est un solide constitué d’un empilement régulier d’atomes de carbone. Quel est le symbole chimique du carbone ? C

2. Résumer la transformation chimique en complétant le tableau ci –dessous :

Etat initial

Réactifs Etat final Produit

Nom des espèces chimiques

���� carbone

����dioxygène ����dioxyde de carbone

3. Ecrire la réaction chimique traduisant la transformation chimique : Carbone + dioxygène → dioxyde de carbone