L'évolution de la masse au cours d'une transformation chimique Fiche professeur SF230707 VU

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Description

Document du professeur 1/6 ème Physique - Chimie Niveau 4 EVOLUTION DE LA MASSE AU COURS D’UNE TRANSFORMATION CHIMIQUE. 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 ATOMES POUR COMPRENDRE LA TRANSFORMATION CHIMIQUE Lors des combustions, la disparition de Réaliser des modèles moléculaires Illustration à l'aide de modèles pour les réactifs et les produits des moléculaires compacts ou de tout ou partie des réactifs et la combustions du carbone, du butane simulations des réactifs et des produits formation de produits correspondent à un réarrangement d'atomes au sein de et/ou du méthane (aspect qualitatif et des deux ou trois réactions chimiques aspect quantitatif). suivantes : nouvelles molécules. - carbone + dioxygène dioxyde de carbone ; - butane + dioxygène dioxyde de carbone + eau ; - méthane + dioxygène dioxyde de carbone + eau. Les atomes sont représentés par des Utiliser les langages scientifiques à Utilisation d’un logiciel de symboles, les molécules par des l’écrit et à l’oral pour interpréter les présentation de molécules. formules (O , H O, CO , C H ...

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Document durofesseur 16 ème Niveau 4 Physique - Chimie EVOLUTION DE LA MASSE AU COURS D’UNE TRANSFORMATION CHIMIQUE. 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 publiéau BO hors série n° 6 du 19 avril 2007, afin de tenirdu socle commun de connaissances et de compétences au collège ( B.O. n° 29 du 20 juillet 2006). Connaissances CapacitésExemples d'activités LES ATOMES POUR COMPRENDRE LA TRANSFORMATION CHIMIQUE Lors des combustions, la disparition de Réaliser desmodèles moléculairesIllustration à l'aide de modèles tout ou partie des réactifs et la pour lesréactifs et les produits desmoléculaires compacts ou de formation de produits correspondent à combustions du carbone, du butanesimulations des réactifs et des produits un réarrangement d'atomes au sein de et/ou du méthane (aspect qualitatif etdes deux ou trois réactions chimiques nouvelles molécules. aspect quantitatif).suivantes :  -carbone + dioxygènedioxyde de  carbone;  -butane + dioxygènedioxyde de carbone + eau ; - méthane + dioxygènedioxyde de carbone + eau. Les atomes sont représentés par desUtiliser les langages scientifiques àUtilisation d’un logiciel de symboles, les molécules par desl’écrit et à l’oralpour interpréter lesprésentation de molécules. formules (O 2 , H 2 O, CO 2 , C 4 H 10 chimiques [B2i]et/ou formules CH 4 ). L'équation dela réaction précise leÉcrire les équations de réaction pour sens de la transformation.les combustions du carbone, du butane  et/oudu méthaneet expliquer leur Les atomes présents dans les produitssignification (les atomes présents dans (formés) sont deles produits formés sont demême nature et enmême même nombre que dans les réactifs.nature et en même nombre que dans  lesréactifs). La masse totale est conservée au coursIllustration de la conservation de la d'une transformation chimique.masse sur l’exemple de la réaction, en flacon étanche, du carbonate de calcium avec de l'eau acidifiée. [Technologie: les matériaux] Mots-clé Transformation chimique o Atomes o Réactifs o Produits o Masse o © PIERRON 2007Evolution de la masse au cours d’une transformation chimique. ( page1 )

Document durofesseur 26 Liste de matériel  Posteélève Référence Becher formebasse en verre borosilicaté06301 o 06500Agitateur manuel en verre o 00921Balance élève o Balance bureau00923 o 01779Une pile 4,5 V o 13488Dispositif à combustion o Bocal à combustion06536 o Laine de fer07156 o -1 Acide chlorhydrique à 0,1 mol.L01014980 o Bouteille de dioxygène04846 o Manodétendeur 04845 o Chariot pour bouteille de gaz07834 o Remarques, astuces La réaction chimique et la transformation chimique. o Les deux termes, quoique très proches, désignent cependant deus situations chimiques différentes ; il faut au préalable définir un « système chimique ». Un système chimique est un mélange d’espèces chimiques qui peut se décrire, à notre échelle, par la nature et la quantités des espèces en présence, leur état physique (solide, liquide ou gazeux), la température et la pression. Lorsque ce système évolue pour former des espèces nouvelles, le passage de l’état initial à l’état final s’appelle une transformation chimique Exemple : écrire que le mélange gazeux « dihydrogène et air » (dans des proportions correctes) explose en donnant de l’eau liquide et laisse le diazote gazeux intact, c’est exprimer une transformation chimique Cette transformation doit pouvoir se modéliser : c’est le rôle de laréaction chimiquequi traduit la transformation chimique, toujours à l’état macroscopique. Dans l’exemple précédent, le diazote ne participe pas à la transformation : il ne doit pas apparaître dans laréaction chimique qui exprime en toutes lettres ce qui s’est réellement passé. Ainsi laréaction chimiques’écrit : Dihydrogène (g) + dioxygène (g)eau (l) Laréaction chimiquese traduit par « réactifs »« produits » (en toutes lettres) La réaction chimique peut ensuite se modéliser parl’équation chimiquequi utilise symboles et formules. Ainsi, dans le cas présent, l’équation chimique symbolisant la réaction chimique qui modélise la transformation chimique s’écrit : 2 H 2 (g) + O 2 (g)2 H 2 O (l) Les professeurs s’attacheront donc à faire la différence entre ces termes sachant qu’au collège on ne fera pas intervenir l’état physique des espèces, pas plus que la température ou la pression. A l’issue de cette séance, il paraît difficile de ne pas citer la phrase de Lavoisier : rien ne se perd, rien o ne se crée, tout se transforme. Lors des mesures de masse, il faut être vigilant pour ne pas dépasser la portée maximale de la o balance. En effet, de nombreux collèges disposent de balances élèves avec une précision de 0,1 g mais avec une portée maximale de 200 g.

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Document du6rofesseur 3 Le thème de convergence n°4 surMode de pensée statistique dans le regard scientifique sur le monde o peut être intégré dans ce TP. En effet, il se peut qu’au cours du TP, les mesures de masses initiales et finales d’un ou deux groupes aient varié de 0,1 g. La mutualisation des mesures des autres groupes permettra d’avoir un éventail de mesures plus large et donc de conclure de façon cohérente. Lors de la combustion du fer dans le dioxygène, il faut penser à verser du sable dans le fond du o récipient. En effet, il est absolument nécessaire d’éviter que les nodules d’oxyde magnétique de fer ne soient en contact direct avec le verre sous peine de risques importants de fêlures. En outre, dans le cadre des mesures, les élèves doivent prendre l’habitude d’écrire les résultats avec o le même nombre de décimales même si cette partie est nulle.  Exemple: l’écriture M 1 = 68,4 g et M 2 = 24 g n’est pas satisfaisante En effet, pour le lecteur, la question se pose de savoir si la pesée de M 2 a été réalisée avec la même précision que celle ayant permis de mesurer M 1 (balance au décigramme ou au gramme). Il faut donc insister auprès des élèves pour que chaque partie décimale s’écrive avec la même précision.  Ainsiil convient d’écrire M 1 = 68,4 g et M 2 = 24,0 g.  Cettepratique peut également être rattachée au thème de convergence cité ci-dessus car on ne peut comparer que ce qui est comparable ! Concernant l’expérience avec la paille de fer que seul le professeur réalise, il est préférable d’utiliser une o pile neuve de 4,5 volts pour enflammer la paille de fer plutôt qu’une alimentation classique car soit celle- ci est détruite, soit son fusible de protection « grille », soit elle se met en défaut automatiquement comme c’est le cas pour les alimentations «de la série Elégance. Pistes d’évaluation Expérimentales Utilisation correcte de la balance. Lecture correcte des mesures affichées par la balance. Unité correcte. Théoriques Savoir déterminer une relation mathématique simple. Savoir identifier les réactifs et produits dans une transformation chimique. Savoir écrire un bilan. Savoir mettre en relation ses connaissances et les situations nouvelles afin de trouver une conclusion cohérente. © PIERRON 2007Evolution de la masse au cours d’une transformation chimique. ( page3 )

Document du6rofesseur 4 Nom : Physique - Chimie Prénom : ÉVOLUTION DE LA MASSE AU COURS D’UNE Classe : TRANSFORMATION CHIMIQUE. Objectif : Réaliser des transformations chimiques afin de comparer la masse des produits à celle des réactifs. ACTIVITÉ 1 : RAPPEL SUR LES TRANSFORMATIONS PHYSIQUES. LA MASSE VARIE-T-ELLE LORS D’UNE TRANSFORMATION PHYSIQUE ? Exercice : la fusion d’un glaçon Un glaçon est placé dans un récipient étanche dans une salle de classe. L’ensemble est pesé : la masse lue sur la balance vaut 35,2 g. 1°)Que va subir le glaçon ? Le glaçon va fondre. L’eau du glaçon va passer de l’état solide à l’état liquide, elle subit une fusion. 2°)Une fois le changement d’état terminé, le récipient étanche avec son contenu est pesé après avoir été essuyé à l’extérieur pour enleverla buée qui s’est formée sur le verre. Entourer la masse qui va s’afficher sur la balance : 30,5 g35,2 g38,7 g 3°)Expliquer la réponse. Au cours d’un changement d’état, il n’y a ni gain ni perte de masse, la matière est conservée 4°)OUI NONLa masse a-t-elle varié lors de la transformation physique de l’eau ? Manipulation : fabriquer de l’eau sucrée. Verser une certaine quantité d’eau dans un bécher, placer l’agitateur à l’intérieur. Peser l’ensemble (bécher + agitateur + eau) : M 1 =170,2g. o Peser le morceau de sucre seul : M 2 =5,0g. o Placer alors le sucre dans l’eau et agiter. 1°)Que subit le sucre au cours de l’agitation? Le sucre va se mélanger parfaitement à l’eau, il passe en solution. Il subit une dissolution. 2°)Réaliser ensuite une nouvelle pesée (bécher + agitateur + solution sucrée) : M =175,2g 3°)Existe-t-il une relation entre les trois masses M, M 1 et M 2 ? Si oui, l’écrire : M = M 1 + M 2 .Le sucre bien qu’il ne soit plus visible, est toujours présent, sa masse est conservée. 4°)Le sucre a-t-il disparu ?OUI NON

Conclusion : Au cours des transformations physiques que sont les changements d’état et ladissolution, la masse des substances mises en jeuest conservée. On peut donc dire que la matièrene disparaît pas au cours d’une transformation physique. Les transformations précédentes étaient des transformations physiques: la nature des composés n’était pas modifiée. Par exemple, le sucre n’a pas disparu : il est simplement dispersé dans l’eau. Qu’en est-il au cours d’une transformation chimique où des composés disparaissent (les réactifs) alors que d’autres apparaissent (les produits). La masse évolue-t-elle ? © PIERRON 2007Evolution de la masse au cours d’une transformation chimique. ( page4 )

Document du6rofesseur 5 ACTIVITÉ 2 : LES TRANSFORMATIONS CHIMIQUES. LA MASSE VARIE-T-ELLE AU COURS D’UNE TRANSFORMATION CHIMIQUE ? 1. Action de l’acide chlorhydrique dilué sur une craie (calcaire) a. Objectif : Comparer la masse des réactifs avec celle des produits au cours de cette transformation chimique. Remarque :cette étude doit se faire en milieu fermé. b. Quelques questions : -Quels sont les réactifs de cette transformation chimique ? Les réactifs sont : l’eau acidifiée et le calcaire. -Pour quelle raison faut-il réaliser cette transformation chimique en milieu fermé ? En réalisant cette transformation chimique en milieu fermé, les produits formés au cours de la réaction ne peuvent pas s’échapper ; leur masse peut donc être mesurée intégralement et comparée à celle des réactifs. c. Expérience : -Placer un morceau de craie dans le goulot d’une bouteille en plastique contenant un peu d’acide chlorhydrique dilué en prenant soin de la coucher et fermer la hermétiquement par son bouchon. - Peser l’ensemble (bouteille contenant l’acide et la craie) en maintenant bien la bouteille couchée pour que la craie ne tombe pas dans l’acide : M 1 =54.3g(par exemple). - Redresser maintenant la bouteille ce qui fait tomber la craie dans l’acide et déclenche la transformation chimique. Qu’observez- vous dans la bouteille ? Un dégagement gazeux a lieu, la craie et l’acide réagissent ensemble. La craie disparaît-elle ?En effet, la craie disparaît. - Lorsque la transformation chimique est achevée, peser la bouteille sans l’ouvrir :  M 2 =54,3g.(par exemple) d. Schéma de l’expérience et conclusion : Compléter les pointillés du schéma et indiquer les masses M 1 et M 2 . Comparer les massesM 1 et M 2 : Les masses des réactifs M 1 et la masse des produits M 2 sont égales. Sachant qu’il s’est formé du dioxyde de carbone et du carbonate de calcium, écrire la réaction chimique traduisant la transformation chimique observée : calcaire + acide chlorhydriquedioxyde de carbone + carbonate de calcium en solution Compléter la phrase suivante : Au cours de la transformation chimique précédente, la masse desréactifsest égale à la masse des produits.

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Document du6rofesseur 6 2 - La combustion du métal fer dans le dioxygène pur en milieu fermé. CETTE RÉACTION EST RÉALISÉE PAR LE PROFESSEUR a. Objectif : Comparer la masse des réactifs avec celle des produits au cours de cette transformation chimique. b. Une question :Quels sont les réactifs de cette transformation chimique ? Les réactifs de cette transformation chimique sont : le fer et le dioxygène c. Schéma de l’expérience : Sur le schéma ci-contre, compléter les pointillés et indiquer les masses M’ 1  et M’ 2 . d. Conclusion Comparer les masses M’ 1 et M’ 2 : Les masses M’ 1 des réactifs et M’ 2 des produits sont les mêmes. Connaissant les réactifs et le produit, écrire la réaction chimique traduisant la transformation chimique : fer + dioxygèneoxyde magnétique de fer Compléter la phrase suivante : Au cours de la transformation chimique précédente, la masse desréactifsest égale à la masse des produits. 3 – Analyse des résultats. Au cours des transformations chimiques précédentes, des composés ont-ils disparu ? Si oui, les citer : -transformation chimique 1 :la craie et de l’eau acidifiée -transformation chimique 2 :le fer et le dioxygène La matière constituant ces composés a-t-elle disparu ? Justifier votre réponse. La matière constituant ces composés n’a pas disparu car : -celle-ci a été utilisée pour produire de nouveaux composés -en outre, la masse des réactifs est parfaitement égale à la masse des produits. Ainsi, aucune matière n’a disparu. Quelles sont les particules qui constituent la matière ?Les atomes Ces derniers ont-ils disparu ou ont-ils été conservés ?Les atomes ont été conservés. Conclusion générale : ( compléter les pointillés) Au cours d’une transformation chimique, la massedes réactifs est égale à celle des produits En effet, lesatomessont conservés, seul leur arrangement au sein de la matière est modifié. C’est ainsi que lesatomesprésents dans les réactifs sont conservés dans les produits.

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