1

cHaPitre

12Transformations chimiques et activité physique

L’activité 4 permet d’établir le bilan énergétique de cer-taines transformations se déroulant dans notre orga-nisme.

SITUATION 3Pour modéliser correctement une réaction, l’écritureproposée doit utiliser les symboles exacts et non modi-fiables des espèces chimiques qui interviennent et doitaussi respecter la conservation des atomes au cours dela transformation. Ici, l’écriture proposée n’est pas cor-recte : il n’y a pas conservation des atomes de carboneet d’hydrogène. Au cours des différentes activités, l’ap-prentissage de l’écriture correcte et ajustée d’une équa-tion de réaction sera systématiquement repris.

activitésActivité 1Des réactions dans notre corps p. 176

1. Dans le tube 1, on observe une coloration noire (oubleu très foncé).Dans le tube 2, on observe l’apparition d’un précipitérouge d’oxyde de cuivre (I) Cu2O.

2. et 3. Les tests effectués permettent de parvenir auxrésultats suivants :

Test Eau iodée Liqueur de Fehling

Tube 3Coloration noire :

il reste de l’amidonIncolore : l’amidon

a totalement disparu

Tube 4Précipité rouge : il y aapparition de glucose

Précipité rouge : il y aapparition de glucose

Les compétences à acquérir du chapitre 111. Savoir décrire un système chimique et sonévolution.2. Savoir écrire l’équation chimique d’une transfor-mation.3. Connaître les effets thermiques d’une transfor-mation.

Évaluation diagnostique p. 174

SITUATION 1L’amidon contenu dans le pain est « hydrolysé »(découpé en molécules plus petites grâce à une réac-tion avec l’eau). Cette hydrolyse conduit à la formationde sucres, d’où la sensation sucrée ressentie. La diges-tion est un ensemble de transformations chimiquesde dégradation des aliments se produisant à plusieursniveaux de notre appareil digestif.L’activité 1 est un exemple d’hydrolyse de l’amidonau laboratoire.

SITUATION 2 Aux transformations chimiques est souvent associéun dégagement de chaleur (transfert thermique). Cestransformations produisent de l’énergie : au quotidien,nous connaissons nombre de ces transformations appe-lées « combustions ». Cependant, des transformationschimiques « qui font du froid » parce qu’elles ont besoind’énergie existent.L’activité 3 met en évidence quelques transforma-tions chimiques ou physiques et leur bilan énergétique.

Le programme

Notions et contenus Compétences attendues

– Système chimique.– Réaction chimique.– Écriture symbolique de la réaction chimique : équation de

la réaction chimique.

– Décrire un système chimique et son évolution.– Écrire l’équation de la réaction chimique avec les nombres

stœchiométriques corrects. Exemple d’une combustion. – Pratiquer une démarche expérimentale pour mettre en évidence l’effet thermique d’une transformation chimique ou physique.

 – Étudier l’évolution d’un système chimique par la caractérisation des espèces chimiques présentes à l’état initial et à l’état final.

2Chapitre 12 Transformations chimiques et activité physique

2. Un réactif (respectivement un produit) est une espècechimique dont la quantité de matière diminue (res-pectivement augmente) au cours de la transformationchimique.

3. La masse d’un système chimique reste constante aucours d’une transformation chimique.

4. Une transformation chimique s’arrête dès lors qu’undes réactifs a été totalement consommé.

2  1. différente

2. augmente.

3. diminue.

4. reste constante.

3  Transformations physiques : a et c.Transformations chimiques : b, d et e.

4  Système  A. Réactifs : C et O2 ; réactif limitant : O2 ;produit : CO2 ; espèce spectatrice : N2.Système B. Réactifs : Cu2+ et Zn ; réactifs limitants : Znet Cu2+ ; produits : Cu et Zn2+ ; espèces spectatrices :H2O et SO4

2-.

5  1. Butane, dioxygène et diazote.

2. a. Le butane, car sa quantité diminue visiblement.b. Les réactifs sont le butane et le dioxygène de l’air.c. Le réactif limitant est le butane.

3. a. Le test à l’eau de chaux met en évidence le dioxydede carbone.b. Le sulfate de cuivre anhydre met en évidence la pré-sence d’eau.

4. Le diazote est une espèce spectatrice.

5.

État initial• Butane• Dioxygène• Diazote

Æ

État final• Dioxygène• Diazote• Dioxyde de carbone• Eau

6  1. Dioxygène O2 (g) et fer Fe (s).

2. C’est une transformation chimique, car il y a forma-tion d’une nouvelle espèce chimique qui s’accompagnede la production de lumière et d’un transfert thermique(libération de chaleur).

3. Le fer et le dioxygène sont consommés : ce sont lesréactifs.

4. L’oxyde de fer est formé, c’est un produit.

5. Oxyde de fer Fe2O3 (s) et Fe (s).

État initial• Dioxygène• Fer

ÆÉtat final

• Fer• Oxyde de fer

ture du système augmente : l’eau reçoit de l’énergie etcette énergie est libérée lors de la dissolution du solide.Expérience 4 : la température augmente, la cire reçoitde l’énergie et fond.

3. Une transformation exothermique est une transfor-mation qui libère de l’énergie par transfert thermiqueet la cède à ce qui se trouve dans son environnement.Une transformation endothermique est une transforma-tion qui absorbe de l’énergie par transfert thermique.Elle prend cette énergie à son environnement.

4. Les transformations exothermiques sont les expé-riences 1 et 2 et la dissolution de l’hydroxyde de sodium.Les transformations endothermiques sont la dissolutiondu chlorure d’ammonium et l’expérience 4.

Activité 4Le sportif : une usine à transformations chimiques p. 179

1. Un processus aérobie est un processus se produisanten présence de dioxygène, contrairement au proces-sus anaérobie qui s’effectue, quant à lui, en l’absencetotale de dioxygène.

2. a. La transformation se produisant lors d’un proces-sus aérobie peut être considérée comme une combus-tion complète.b. C6H12O6 + 6 O2 Æ 6 CO2 + 6 H2O.

3. a. Énergie musculaire = 2 800 ¥ 25 % = 700,0 kJ.

b. n(glucose) = 11 500700 0,

= 16,42 mol.

mglucose = 2,96 ¥ 103 g ª 3 kg.Ce résultat, important, montre que d’autres sourcesd’énergie sont mises à contribution dans l’organisme.

4. a. Les autres sources énergétiques sont les lipideset les protides.b. 2 C15H26O6 + 37 O2 Æ 30 CO2 + 26 H2O.

5. C6H12O6 Æ 2 C3H6O3.

6. Une combustion complète.

7. Les réactifs d’une combustion complète d’une espècechimique donnée sont l’espèce chimique elle-même (lecombustible) et le dioxygène en excès (le comburant).Les produits de la réaction sont du dioxyde de carboneet de l’eau. Cette transformation est toujours exother-mique.

exercicesOBJECTIF 1: Décrire un système chimique est son évolution.1  1. Un système est le siège d’une transformation

chimique lorsque la nature chimique de ses consti-tuants change.

3

14 a. Transformation chimique exothermique.b. Transformation chimique exothermique.c. Transformation physique exothermique.d. Transformation physique endothermique.

15  1. a. Non, la solidification de l’eau est une transfor-mation physique.b. De la glace qui fond reçoit de l’énergie, le processusinverse absorbe donc de l’énergie et est donc endother-mique.

2. La dissolution du nitrate d’ammonium est doncendothermique, elle reçoit l’énergie de l’eau, qui voitson stock d’énergie diminuer suffisamment ici pour voirson état physique changer.

16  1. (NH4)2Cr2O7 (s) Æ Cr2O3 (s) + 4 H2O (ℓ) + N2 (g).

2. La transformation est exothermique, l’énergie libé-rée lui permet de s’auto-entretenir.

ExErCICEsdEsynThèsE18  1. Conservation des atomes (éléments) et conser-vation de la charge.

2.aCr2O72- (aq)+bH3O+(aq)+cC2H6O (aq)

  Æ d Cr3+ (aq) + e C2H4O2 (aq) + f H2O (ℓ).

Conservation Relations

chrome 2a = d

oxygène 7a + b + c = 2e + f

hydrogène 3b + 6c = 2e + 2f

carbone 2c = 2e

charge – 2a + b = 3d

Si a = 2, alors d = 4, b = 16, f = 27, c = e = 3, soit :2 Cr2O7

2- (aq) + 16 H3O+ (aq) + 3 C2H6O (aq)  Æ 4 Cr3+ (aq)+ 3 C2H4O2 (aq) + 27 H2O (ℓ).

19  1. L’état initial est constitué d’ions Cu2+ (couleurbleue), des ions SO4

2- et du zinc Zn.

2. La coloration bleue disparaît : les ions du cuivre sontles réactifs, de surcroît limitants.

3. Du métal cuivre Cu.

4. Mise en évidence des ions Zn2+.

5. Oui, si le réactif limitant est Cu2+ et que le mélangeinitial est non stœchiométrique.

6. L’état final contient des ions Zn2+, des ions SO42-, du

zinc métal (Zn) et du cuivre métal (Cu).

7. Cu2+ (aq) + Zn (s) Æ Cu (s) + Zn2+ (aq).

20  1. L’état initial est constitué d’eau liquide et desodium métal.

2. La phénolphtaléine met en évidence les ions OH-.Le test à la flamme met en évidence les ions Na+.Le gaz détonant à la flamme est du dihydrogène.

OBJECTIF 2: Modéliser une transformation chimique par une équation.7  a. Correct.

b. Faux : 3 Fe (s) + 2 O2 (g) Æ Fe3O4 (s).c. Correct.d. Faux : CaCO3 (s) + 2 H+ (aq)

Æ H2O (ℓ) + Ca2+ (aq) + CO2 (g).

9  1. N2 (g) + 2 H2 (g) Æ N2H4 (g).

2. 2 C2H6 (g) + 7 O2 (g) Æ 6 H2O (ℓ) + 4 CO2 (g).

3. CuO (s) + 2 H+ (aq) Æ Cu2+ (aq) + H2O (ℓ).

4. 11 H2O (ℓ) + 6 CO2 (g) Æ C12H22O11 (s) + 6 O2 (g).

5. CH4 (g) + 2 Cℓ2 (g) Æ C (s) + 4 HCℓ (g).

6. C2H6O (ℓ) + 3 O2 (g) Æ 3 H2O (ℓ) + 2 CO2 (g).

7. Zn (s) + 2 H+ (aq) Æ Zn2+ (aq) + H2 (g).

10  L’airbagL’airbag est un coussin frontal qui se gonfle très rapide-ment  lors d’une collision, de façon à éviter tout contact entre le conducteur et le volant, par exemple. Au moment du choc, une étincelle active la décomposition thermique de l’azoture de sodium solide (NaN3). Il se forme du métal sodium (Na) et il y a libération de diazote moléculaire (N2).

1. Identifier le(s) réactif(s) et le(s) produit(s) de la réaction chimique.L’azoture de sodium NaN3 solide est le réactif, le sodiummétal Na et le diazote N2 gazeux sont les produits.

2. Écrire  l’équation  chimique  équilibrée  en  ajustant  les nombres stœchiométriques.2 NaN3 (s) Æ 2 Na (s) + 3 N2 (g).

3. Pourquoi l’airbag gonfle-t-il lors du choc ?Au cours de la transformation, il y a libération d’un gaz,qui occupe un volume supérieur au solide.

11  1. C6H12O6 (s) + 6 O2 (g) Æ 6 CO2 (g) + 6 H2O (ℓ).

2. 2 C15H26O6 (s) + 37 O2 (g) Æ 30 CO2 (g) + 26 H2O (ℓ).

12  1. C5H10O3N2 + H2O Æ C3H7O2N+C2H5O2N.

2. 4 C3H7O2N (ℓ) + 15 O2 (g)Æ 12 CO2 (g) + 14 H2O (ℓ) + 2 N2 (g).

OBJECTIF 3: Comprendre les effets thermiques d’une transformation.

13  1. a. Transformation exothermique.b. Augmentation de la température, certains change-ments d’état (fusion, ébullition, sublimation) dans lesystème et aux alentours du système.

2. a. Transformation endothermique.

b. Diminution de température, certains changementsd’état (solidification, condensation, liquéfaction) dans lesystème et aux alentours du système (voir exercice 15).

4Chapitre 12 Transformations chimiques et activité physique

2. Les produits détectés sont l’eau et le dioxyde de car-bone : on peut éliminer la proposition b .

3. a. n(solide)= n(NaHCO3)/2.b. M(NaHCO3) = 84 g · mol-1 ; M(Na2O)= 62 g · mol-1 ;M(Na2CO3) = 106 g · mol-1.c. n(NaHCO3) = 2,4 ¥ 10-2 g.d. n(solide) = 1,2 ¥ 10-2 mol.Si le solide formé est du Na2O, la masse sera :msolide = 0,7 g.Si le solide formé est du Na2CO3 la masse sera :msolide = 1,3 g.e. On déduit des résultats précédents que la bonneproposition est la d .

24  1. Chaque fois que deux molécules de monoxydede carbone rencontrent une molécule de dioxygène,il se forme deux molécules de dioxyde de carbone.

2. a. Il va se former 4 CO2.b. Le réactif limitant est CO, puisqu’il reste du dioxy-gène.c. 4 molécules de CO2, 3 molécules d‘O2 et 1 moléculede CO.

3. Au niveau macroscopique, à chaque fois que 2 molesde CO sont simultanément consommées avec une molede O2, il se forme 2 moles de CO2.

4. Mélange 1 : 1 mole de O2 et 4 moles de CO2.Mélange 2 : 5 moles de O2, 10 moles de CO2.Mélange 3 : 6 moles de CO2.

3. Il reste de l’eau (s’il n’y en avait pas, il ne resterait nisolide ni liquide, ce qui n’est pas le cas ici), qui est doncle réactif en excès.

4. Na (s) + H2O (ℓ) Æ Na+ (aq) + OH- (aq) + H2 (g).

21  1. a. C6H12O6 (s) + 6 O2 (g) Æ 6 CO2 (g) + 6 H2O (ℓ).b. n(glucose) = 3 ¥ 10-2 mol.L’énergie libérée est E = 3 ¥ 10-2 ¥ 2 800 = 84 kJ.Avec le calcul direct, on obtient E = 93 kJ.

2. a. 2 C18H34O2 (s) + 51 O2 (g)  Æ 36 CO2 (g) + 34 H2O (ℓ).b. n(acide oléique) = 2 ¥ 10-2 mol. L’énergie libérée estE= 2 ¥ 10-2 ¥ 11 120 = 2 ¥ 102 kJ.

22  1. Le gaz formé est du dioxyde de carbone CO2.

2. HCO3- (s)+H+ (aq) Æ CO2 (g) + H2O (ℓ).

3. et 4. m m mCO2 1 2� - .

mCO2 Réactif limitant

Expérience 1 0,22 g Acide chlorhydrique

Expérience 2 0,44 g Les deux simultanément

Expérience 3 0,44 g Hydrogénocarbonate de sodium

5. La quantité de matière de produit formé dépend decelle du réactif limitant.

EnrOuTEvErslaPrEmIèrE23  1. On peut éliminer la proposition a , qui ne res-pecte pas la conservation de l’atome de carbone.