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Exercices

Sommaire

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Exercice corrigé

9

Utiliser la masse d’un litre d’air.

Selon les normes de la FIFA, le ballon doit peser entre 410 g et 450 g. Le ballon de foot de Tom a une masse de 442 g dégonflé. Pour le gonfler, il doit y ajouter 6 L d’air.
1.
Quelle masse d’air doit ajouter Tom pour gonfler son ballon ?
2.
Le ballon de Tom est-il conforme aux normes de la FIFA ?
Doc. 1
Ballon.

Étapes de la méthode

  • Relever et noter la valeur donnée utile pour la question.
  • Écrire la valeur de la masse d’un litre d’air.
  • Vérifier que les unités des valeurs de l’exercice sont le litre ou le gramme, et sinon convertir.
  • Utiliser la relation de proportionnalité qui lie la masse et le volume d’air ; faire un tableau de proportionnalité.

    Masse d'air (g)1,3x
    Volume d'air (L)1V

    d'où : x =1,3×V1= \dfrac{1 \text{,} 3 \times \text{V}}{1}
  • Conclure avec une phrase.

Corrigé :


  • Vair=6\text{V}_{air} = 6 L ; mballondeˊgonfleˊ=442\text{m}_{ballon dégonflé} = 442 g.

    On sait qu’un litre d’air a une masse de 1,3 g. Le volume à ajouter est de 6 L.

    Masse d'air (g)1,3x
    Volume d'air (L)16

    On utilise la proportionnalité : x =6×1,31=7,8= \dfrac{6 \times 1 \text{,} 3}{1} = 7 \text{,} 8 g. La masse d'air ajoutée sera de 7,8 g.

  • Pour savoir si le ballon correspond aux normes de la FIFA, il faut calculer la masse du ballon gonflé : 442 + 442 + 7,8 - 449,8 g < 450 g. Le ballon de Tom est donc conforme aux normes de la FIFA.

10

Exercice similaire

Certaines bouteilles d’air comprimé utilisées par les pompiers ont une masse de 2,6 kg lorsqu’elles sont vides. Une fois remplies, elles pèsent 4,2 kg.
1.
Quelle masse d’air peut-on ajouter dans ces bouteilles ?
2.
Calcule le volume d’air correspondant à cette masse.
Doc. 2
Bouteilles de pompiers.

Je m'entraine

11

Corps purs et mélanges.

1.
Qu’est-ce qu’un corps pur ? Donne un exemple.
2.
Qu’est-ce qu’un mélange ? Donne un exemple.
12

Masse de quelques volumes d’air.

1.
Quelle est la masse d’un litre d’air ?
2.
Quelle est la masse de 2 L d’air ?
3.
Quelle est la masse de 1,5 L litre d’air ?
13

Ballon de basket.

La masse d’un ballon de basket est de 619 g. On gonfle ce ballon en y ajoutant 1,5 L d’air.
1.
Quelle est la masse du ballon après gonflage ?
14

Un ballon dégonflé.

On réalise l’expérience représentée ci-dessous.
1.
La masse affichée sur la balance sera-t-elle supérieure, inférieure ou égale à la masse de départ ? Justifie ta réponse.
Doc. 1
Ballon dégonflé.
15

Masse d’un litre d’air.

Pour déterminer la masse d’un litre d’air, on réalise l’expérience schématisée ci-dessous :
1.
La technique utilisée pour récupérer le gaz s’appelle « le déplacement de l’eau ». Explique ce nom.
2.
Quelle est la masse de l’air récupéré ?
3.
Calcule la masse d’un litre d’air.
Doc. 2
Un litre d'air.
16

Distillation.

Dans une distillation :
1.
Quel est le changement d’état observé dans le récipient de chauffage ? De quelle grandeur physique fait-on, pour cela, varier la valeur ? Quelle est sa variation ?
2.
Explique en quelques mots le rôle du réfrigérant.
17

Représentation particulaire de l’air.

1.
Rappelle les pourcentages des deux principaux gaz composant l’air.
2.
Parmi les représentations suivantes, choisis celle qui représente l’air qui nous entoure en justifiant ton choix.
3.
Explique pourquoi les autres représentations ne conviennent pas.
Doc. 3
Représentation particulaire.
18

Liquéfaction.

Les schémas suivants représentent des changements d’état.
1.
Lequel de ces schémas correspond à la liquéfaction ? Justifie ta réponse.
Doc. 4
Liquéfaction.
19

Changement d’état.

Lorsqu’on diminue suffisamment la température d’un gaz, les molécules se rapprochent sans s’attacher et le gaz se transforme en liquide.
1.
Explique à l’aide du modèle moléculaire ce qui va se produire si on diminue encore la température.
20

Liquéfier l’air.

Pour extraire les différents gaz contenus dans l’air, il faut réaliser une distillation et pour cela, il faut le liquéfier.
1.
Explique ce qu’il se passe au niveau des molécules lors de la liquéfaction.
2.
Fais un schéma représentant les molécules des principaux gaz qui composent l’air avant et après liquéfaction (on représentera 10 molécules au total).
21

Fumée ou gaz ?

Dans une casserole, Marie fait chauffer de l’eau pour faire du thé. Il fait froid dans la cuisine et l’air est humide. Un « nuage » blanc se forme au-dessus de la casserole. Elle s’étonne de la fumée produite. Paul lui répond que ce n’est pas de la fumée mais du brouillard.
1.
Qui a raison ? Justifie ta réponse.
2.
Quel est l’état physique des composants de ce brouillard ?

Une notion, trois exercices

22

Une séance de paintball

Pour propulser les billes de peinture au paintball, on utilise des bouteilles d’air comprimé. La bouteille de 1,5 kg ne pèse plus que 1,0 kg en fin de partie.
1.
Explique l’origine de la différence de masse de la bouteille entre le début et la fin de la partie.
2.
Calcule la valeur de cette différence.
3.
Convertis la masse que tu as trouvée en grammes.
4.
Rappelle la valeur de la masse d’un litre d’air.
5.
Calcule, à l’aide du tableau de proportionnalité ci-dessous, le volume d’air utilisé lors de cette partie de paintball.
Masse d'air (en grammes)  
Volume d'air (en litres)1 
Doc. 1
Tableau de proportionnalité.
22

Un aérographe

Pour faire de la peinture sur carrosserie, on peut utiliser un aérographe. L’aérographe utilise de l’air comprimé d’une bouteille pour propulser la peinture. Après une semaine d’utilisation, la bouteille d’air comprimé est passée de 1,1 kg à 0,7 kg.
1.
Calcule la masse d’air consommée lors de cette semaine.
2.
Convertis cette masse en gramme.
3.
Utilise la proportionnalité pour calculer le volume d’air utilisé.
Doc. 2
Aérographe
22

Des bouteilles d’air pour la plongée

Pour la plongée sous-marine, on utilise principalement des bouteilles d’air comprimé pour respirer. Une bouteille pleine pèse 6,2 kg. Après une séance de plongée, elle ne pèse plus que 5,2 kg.
1.
Détermine le volume à pression atmosphérique de l’air utilisé lors de cette sortie.

J'approfondis

23

Comprimer de l’air.

Pour remplir une bouteille d’air comprimé, utilisée en plongée ou par les pompiers, on doit réaliser une compression. Pour cela, il faut diminuer le volume occupé par le gaz, ce qui fait augmenter la pression dans la bouteille.
1.
Que va-t-il se passer du point de vue moléculaire lorsqu’on va comprimer le gaz ?
2.
Le nombre de molécules a-t-il diminué lors de la compression ? Justifie ta réponse.
3.
Dans deux rectangles de tailles différentes, schématise l’air avant et après la compression.
24

L’atmosphère de Mars.

Le tableau ci-dessous rassemble des informations sur la composition de l’atmosphère de la planète Mars.
1.
Trace le diagramme circulaire représentant la composition de l’atmosphère de Mars.
2.
Pourquoi est-il impossible de vivre en respirant l’atmosphère de la planète Mars ?
GazDioxyde de carboneDiazoteArgonAutres gaz (dont monoxyde de carbone)
Proportion en %95,32,71,60,4
Doc. 1
L'atmosphère de Mars.
25

Pompiers et calculs.

Les pompiers utilisent des bouteilles d’air comprimé afin de respirer sans danger sur les lieux d’incendie. Certaines bouteilles peuvent libérer 1 600 L d’air, ce qui leur permet d’intervenir sur un feu pendant 30 à 40 minutes. Une bouteille vide pèse 3,9 kg.
1.
Rappelle la masse d’un litre d’air.
2.
Calcule la masse d’une bouteille pleine.
3.
Au retour d’une intervention, une des bouteilles utilisées pèse 5,2 kg. Calcule le volume de gaz libéré lors de cette sortie.
26

Calcul et masse d’un litre d’air.

La masse d’un litre de dioxygène est de 1,43 g.
La masse d’un litre de diazote est de 1,25 g.
1.
Retrouve par le calcul la masse d’un litre d’air.
27

L’atmosphère terrestre.

L’atmosphère est une couche de gaz qui entoure la Terre. On compare parfois la Terre à une pomme : la peau correspondrait à l’atmosphère et la chair du fruit à la Terre. Cette comparaison donne une idée de l’ordre de grandeur de l’épaisseur de l’atmosphère par rapport au diamètre de la Terre. De plus, cette enveloppe de gaz est divisée en plusieurs « couches » dans lesquelles la température et la pression varient.
1.
D’après l’énoncé, est-ce que l’atmosphère a une épaisseur importante par rapport à la Terre ? Justifie ta réponse.
2.
D’après le schéma, dans quelle couche de l’atmosphère vivons-nous ?
3.
À quelle altitude se déplace un avion de ligne ? Quelle est alors la température extérieure ?
4.
Effectue une recherche pour déterminer quels sont les différents rôles de l’atmosphère terrestre.
Doc. 2
Atmosphère terrestre
28

Les bouteilles de plongée.

Pour pratiquer la plongée sous-marine, les plongeurs peuvent utiliser des bouteilles capables de libérer 2 400 L d’air.
1.
Calcule les volumes de diazote et de dioxygène libérés à la même pression que l’atmosphère.
29

Une autre utilisation de la distillation.

La distillation fractionnée, utilisée pour séparer les composants de l’air, est aussi utilisée dans le domaine de la pétrochimie. Elle permet d’obtenir différents carburants à partir du pétrole.
1.
Quels sont les différents composants que cette distillation permet d’obtenir ?
2.
D’après le schéma, à quelles températures récupère-t-on le super, le gazole et le fioul domestique ?
3.
Explique le principe de fonctionnement de la distillation.
Doc. 3
Autre utilisation de la distillation
30

La respiration.

Lors de la respiration, des échanges de gaz sont réalisés au niveau des alvéoles pulmonaires.
1.
Complète le schéma en donnant les pourcentages de diazote et de dioxygène.
2.
D’après le schéma, quel est le gaz qui est utilisé lors de la respiration ? Explique ta réponse.
3.
Quel est son rôle dans notre organisme ?
4.
Quel est le gaz qui est rejeté ? Imagine une expérience qui permettrait de le prouver.
Doc. 4
La respiration
31

De l’air dans l’eau !

L’air, et plus particulièrement le dioxygène, sont des gaz solubles dans l’eau.

1.
En t’aidant du graphique suivant, explique pourquoi on trouve de grandes quantités de poissons dans les eaux froides.
Doc. 5
De l'air dans l'eau !
32

Représentation moléculaire des gaz.

En laboratoire, on réalise dans un flacon un mélange comportant 10 % de dioxygène, 20 % de dioxyde de carbone et 70 % de diazote.

1.
Réalise dans un rectangle la représentation moléculaire du gaz obtenu à l’aide de modèles. Justifie ta réponse.
33

L’air a-t-il toujours eu la même composition ?

Il y a 4 milliards d’années, l’atmosphère de la Terre était composée de 60 % de dioxyde de carbone et de 40 % de diazote.

Données :

  • Masse d’un litre de diazote : 1,25 g.
  • Masse d’un litre de dioxyde de carbone : 2 g.
  • Les masses précédentes sont données dans les mêmes conditions de température et de pression.
1.
Calcule la masse d’un litre d’air à cette époque.

Je résous un problème

Problématique

1.
En 1789, Lavoisier publia dans sonTraité de chimie élémentairele récit de son expérience de 1775 sur la composition de l’air.

Cette expérience aurait-elle pu permettre à Lavoisier de découvrir avec précision la proportion de dioxygène dans l’air ? Détaille ta réponse à l’aide d’un texte dans lequel devront aussi apparaitre des calculs.
Doc. 1
Schéma de l’expérience de Lavoisier.
Lavoisier fait chauffer du mercure dans une cornue pendant 12 jours. Il observe alors l’apparition de particules rouges sur le mercure dans la cornue. Le niveau de mercure dans la cloche augmente et il n’y reste plus que 0,66 L de gaz.
Lavoisier poursuit cette expérience par d’autres, puis conclut que le gaz restant dans la cloche « n’était plus propre à la respiration ni à la combustion car les petits animaux qu’on y introduisait périssaient en peu d’instants et les lumières s’y éteignaient sur le champ comme si on les eût plongées dans l’eau ». Il appela ce gaz « mofète » et le gaz qui avait disparu « air vital ».
Doc. 2
Analyse du gaz restant par Lavoisier.

Exercices supplémentaires

Analyse de la fumée.

1.
Pour mettre en évidence les particules solides contenues dans la fumée, on peut utiliser :

Pollution de l’air intérieur.

Les parents de Pierre ont installé une hotte aspirante à recyclage dans leur cuisine. Cette hotte est munie d’un filtre à graisse et d’un filtre à odeur. Ils l’utilisent avec une plaque à gaz qui produit donc différents gaz (oxydes d’azote, dioxyde de carbone, particules fines).
Dans ce type de hotte, l’air est aspiré, traverse les filtres et est renvoyé dans la pièce, contrairement aux hottes d’évacuation qui permettent de rejeter l’air vers l’extérieur.
1.
Penses-tu que les parents de Pierre ont choisi la hotte qui corresponde à leur besoin ? Justifie ta réponse.

Traitement des déchets et polluants.

Les usines d’incinérations utilisent la combustion de déchets ménagers pour produire de l’électricité. De nombreux polluants sont alors produits (oxydes d’azote, dioxyde de soufre, monoxyde de carbone, particules solides,etc…). La fumée issue de cette combustion est traitée par différents procédés pour diminuer considérablement les proportions de gaz polluants. Plusieurs types de filtres sont alors utilisés pour éliminer les poussières et particules fines.
1.
Quels sont les polluants produits lors de combustion des déchets ?
2.
Les cheminées de ces usines libèrent, quand tout fonctionne bien, des sortes de nuages blancs. S’agit-il de nuages ou de fumées ? Justifie ta réponse en t’aidant du texte
3.
L’air libéré est-il encore pollué ? Justifie ta réponse.

Le gaz des boissons gazeuses.

On récupère dans une bouteille, par déplacement d’eau, 1,5 L du gaz dissous dans les boissons gazeuses.
La masse de la bouteille pleine d’air et munie de son bouchon était de 42 g.
Une fois remplie du gaz provenant de la boisson gazeuse, la bouteille fermée a une masse de 43 g.
1.
Quel est le gaz contenu dans les boissons gazeuses ? Quel test pourrais-tu utiliser pour le prouver ?
2.
Calcule la masse de 1,5 L d’air.
3.
Déduis-en la masse de la matière plastique qui compose la bouteille.
4.
Déduis la masse du gaz avec lequel on a rempli la bouteille.
5.
Calcule la masse d’un litre de ce gaz.

Air chaud et air froid.

Pour permettre aux montgolfières de s’élever, on envoie de l’air chaud dans l’enveloppe du ballon grâce à un ventilateur. Un brûleur permet de chauffer cet air. L’enveloppe étant ouverte, l’air n’est pas totalement prisonnier de l’enveloppe. La montgolfière va ensuite pouvoir s’envoler car l’air chaud est plus léger que l’air froid. Ce phénomène se produit aussi dans notre environnement, c’est la convection.
1.
Explique à l’aide du modèle moléculaire pourquoi la masse d’un litre d’air chaud est plus petite que la masse d’un litre d’air froid.
2.
L’air est chauffé à environ 85 °C et à cette température et à pression atmosphérique constante, la masse d’un litre d’air est de 0,99 g. Calcule la masse d’air contenue dans une montgolfière dont le ballon peut contenir 250 m3 d’air.
Doc. 1
Gonflage d'une montgolfière.

Parcours de compétences

Parcours de compétences

Marie gonfle deux roues identiques à la même pression, l’une à l’air et l’autre au diazote. Elle s’étonne car la roue gonflée au diazote est plus légère.
« C’est pas de chance ! » dit Lou.
« C’est normal, moi je sais pourquoi ! » dit Isabelle.
« C’est la balance qui est détraquée ! » dit Tanor.
1.
Et toi, quelle hypothèse peux-tu proposer à Marie ? Données à pression atmosphérique :
- masse pour 1 L de dioxygène : 1,31 g ;
- masse pour 1 L de diazote : 1,25 g.

Niveau 1 - Je sais ce qu’est une hypothèse.

Coup de pouce : Parmi Lou, Tanor et Isabelle, qui propose une explication scientifique ?

Niveau 3 - Je propose une hypothèse en lien avec le problème.

Coup de pouce : À pressions égales, 1 L d’air et 1 L de diazote ont-ils la même masse ?

Niveau 2 - Je comprends l’hypothèse qui m’est proposée.

Coup de pouce : Comment expliquer les résultats de Marie avec l’hypothèse de Tanor ?

Niveau 4 - Je formule clairement l’hypothèse que j’ai émise pour me permettre de la valider.

Coup de pouce : Choisis une formulation de ton hypothèse soulignant le lien entre les causes et les effets.

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Schéma de l’expérience de Lavoisier.

Lavoisier fait chauffer du mercure dans une cornue pendant 12 jours. Il observe alors l’apparition de particules rouges sur le mercure dans la cornue. Le niveau de mercure dans la cloche augmente et il n’y reste plus que 0,66 L de gaz.

Schéma de l’expérience de Lavoisier.
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