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Ouverture
p. 1-11
1. Constitution et transformations de la matière
Constitution de la matière à l'échelle microscopique et macroscopique
Ouverturep. 12-13
Modélisation des transformations de la matière et transfert d'énergie
Ouverturep. 108-109
2. Mouvement et interactions
Mouvement et interactions
Ouverturep. 212-213
3. L'énergie, conversions et transferts
L'énergie : conversions et transferts
Ouverturep. 276-277
4. Ondes et signaux
Ondes et signaux
Ouverturep. 318-319
Méthode
Annexes
Rabats de début
Rabats
Lexique
p. 415
Rabats de fin
Rabats
/ 415
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Chapitre 3
Exercices

Pour s'échauffer - Pour commencer

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Savoir-faire - parcours d'apprentissage

Pour commencerDifférenciationPour s'entraîner
Construire un tableau d'avancement :
18
26
Savoir décrire l'évolution d'un système :
13
31
Déterminer la composition d'un système à l'état final :
16
22
23
24
31
Comparer l'avancement final à l'avancement maximal :
28
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Pour s'échauffer

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5
Deux exemples de transformations

S'agit-il de transformations physique ou chimique ?

a. \mathrm{CaCO}_{3}(\mathrm{s}) \rightarrow \mathrm{Ca}^{2+}(\mathrm{aq})+\mathrm{CO}_{3}^{2-}(\mathrm{aq}) \qquad



b. \mathrm{CaCO}_{3}(\mathrm{s}) \rightarrow \mathrm{CaO}(\mathrm{s})+\mathrm{CO}_{2}(\mathrm{g})\qquad

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6
Loi de conservation

Au cours d'une transformation chimique, observe-t-on la conservation :



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7
L'avancement x

À quoi correspond l'avancement d'une réaction pour une équation dans laquelle tous les coefficients stœchiométriques valent 1 ?
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8
L'état initial d'une réaction

Doit-on prendre en compte les coefficients stœchiométriques d'une équation bilan pour définir l'état initial ?
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9
xmax(1) et xmax(2)

Pourquoi est-on susceptible de trouver plusieurs valeurs pour x_\text{max} ? Pourquoi est-ce la plus petite des deux valeurs qui est la bonne ?
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10
Les conditions stœchiométriques

À quel état du système chimique correspondent-elles en fin de réaction ?
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11
Le réactif limitant

Est-ce forcément celui dont la quantité de matière initiale est la plus faible ?
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Pour commencer

Relier quantité de matière et transformation chimique

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12
Comprendre une équation bilan

✔ RAI/MOD : Modéliser une transformation chimique

La modélisation de la combustion du méthane peut s'écrire :
...\mathrm{CH}_{4}(\mathrm{g}) + ...\mathrm{O}_{2}(\mathrm{g}) \rightarrow ...\mathrm{CO}_{2}(\mathrm{g}) + ...\mathrm{H}_{2} \mathrm{O}(\mathrm{g}).

1. Équilibrer cette équation bilan.
\mathrm{CH}_{4}(\mathrm{g}) +
\mathrm{O}_{2}(\mathrm{g}) \rightarrow
\mathrm{CO}_{2}(\mathrm{g}) +
\mathrm{H}_{2} \mathrm{O}(\mathrm{g}).

2. Quelle information apporte cette équation bilan ?
3. Comment appelle-t-on les coefficients devant le symbole des molécules ? Ont-ils une signification à l'échelle microscopique ? macroscopique ?

Placeholder pour Photographie crépusculaire d'une plateforme pétrolière et d'une torche brûlant intensément.Photographie crépusculaire d'une plateforme pétrolière et d'une torche brûlant intensément.

Torchère de gaz (Lincolnshire, Angleterre).
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13
Changer d'échelle : du microscopique au macroscopique

✔ RAI/MOD : Modéliser une transformation chimique

En cours de chimie, l'utilisation de modèles moléculaires est courante. Ils permettent de montrer la conservation de la matière lors d'une transformation chimique, comme ci-dessous lors de la décomposition de l'eau.

Décomposition de l'eau

1. Écrire l'équation bilan correspondante.

2. De ces deux interprétations, laquelle est la bonne ?

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14
Utiliser des nombres fractionnels

✔ APP : Maîtriser le vocabulaire du cours

En présence d'alcool, les ions dichromate \mathrm{Cr}_{2} \mathrm{O}_{7}^{2-} se transforment en ions chrome (III) \mathrm{Cr}^{3+} (passage de l'orange au vert). L'équation bilan correspondante est :
\mathrm{Cr}_{2} \mathrm{O}_{7}^{2-}(\mathrm{aq})+\dfrac{3}{2} \mathrm{C}_{2} \mathrm{H}_{5} \mathrm{OH}(\mathrm{l})+8 \mathrm{H}^{+}(\mathrm{aq}) \rightarrow \dfrac{3}{2} \mathrm{CH}_{3} \mathrm{CO}_{2} \mathrm{H}(\mathrm{l})+2 \mathrm{Cr}^{3+}(\mathrm{aq})+\dfrac{11}{2} \mathrm{H}_{2} \mathrm{O}(\mathrm{l})

1. Est-il possible d'écrire une équation bilan de cette manière ? Expliquer.
2. Réécrire cette équation ajustée avec des coefficients stœchiométriques non fractionnaires.
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Les conditions stœchiométriques

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15
Relier quantité de matière et nombres stœchiométriques - Identifier la conservation de la masse

✔ RAI/MOD : La quantité de matière

1. Équilibrer l'équation bilan ci-dessous.

Placeholder pour Schéma: équation bilan réaction azote + hydrogène = ammoniac. Quantités initiales (rouge) et finales (vert) en moles.Schéma: équation bilan réaction azote + hydrogène = ammoniac. Quantités initiales (rouge) et finales (vert) en moles.
1
2
3

2. Des deux propositions, rouge et verte, laquelle correspond aux conditions stœchiométriques ? Justifier en s'appuyant sur ses connaissances.
On suppose qu'on fait réagir 8,0 g de diazote (\mathrm{N}_{2}) pour obtenir 9,7 g d'ammoniac (\mathrm{NH}_{3}).

3. A priori, quelle masse de dihydrogène aura réagi ?
4. Si la masse initiale de dihydrogène est de m(\text{H}_2) = 1,7 g, les conditions stœchiométriques seront-elles respectées ?

Données

  • M(\text{H}) =1,0 g·mol-1;
  • M(\text{N}) =14,0 g·mol-1.
    • Ressource affichée de l'autre côté.
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    16
    Calculer une quantité de matière

    ✔ RAI/MOD : La quantité de matière

    La soudure aluminothermique permet de relier les rails du chemin de fer entre elles. Elle s'appuie sur :
    \mathrm{Fe}_{2} \mathrm{O}_{3}(\mathrm{s})+2\, \mathrm{Al}(\mathrm{s}) \rightarrow 2\, \mathrm{Fe}(\mathrm{s})+\mathrm{Al}_{2} \mathrm{O}_{3}(\mathrm{s})

    Placeholder pour Photographie nocturne: un ouvrier soude des rails de chemin de fer à l'aide d'une meuleuse, créant de nombreuses étincelles.Photographie nocturne: un ouvrier soude des rails de chemin de fer à l'aide d'une meuleuse, créant de nombreuses étincelles.

    1. On cherche à calculer la masse d'aluminium qui sera nécessaire pour faire réagir 3,00 g d'oxyde de fer, initialement présent dans les conditions stœchiométriques. Pour cela :
    a. Calculer la quantité de matière initiale d'oxyde de fer.

    b. En déduire l'avancement maximal x_{\text{max}}.

    c. En déduire la quantité de matière nécessaire d'aluminium pour que la réaction soit totale.

    d. Calculer la masse d'aluminium correspondante.

    2. Déterminer la masse de chacun des produits.

    3. Le principe de conservation de la masse est-il appliqué ?
    Données

  • M(\mathrm{Fe})= 55,8 g·mol-1.
  • M(\mathrm{Al})= 27,0 g·mol-1.
  • M(\mathrm{O})= 16,0 g·mol-1.
    • Ressource affichée de l'autre côté.
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    17
    Vrai ou faux ? Différencier masse et quantité de matière

    ✔ APP : Maîtriser le vocabulaire du cours

    Soit l'équation bilan suivante (combustion du glucose) :

    \mathrm{C}_{6} \mathrm{H}_{12} \mathrm{O}_{6}(\mathrm{s})+6\, \mathrm{O}_{2}(\mathrm{g}) \rightarrow 6\, \mathrm{CO}_{2}(\mathrm{g})+6\, \mathrm{H}_{2} \mathrm{O}(\mathrm{l})

    En se plaçant dans les conditions stœchiométriques, les affirmations suivantes sont-elles vraies ou fausses ?
      a. Le rapport des masses du dioxygène et du glucose vaut 6.

      b. Le rapport des quantités de matières du dioxygène et du glucose vaut 6.

      c. La quantité de matière des réactifs est égale à celle des produits.

      d. La masse des réactifs est égale à celle des produits.

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    Trouver le réactif limitant

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    18
    Construire un tableau d'avancement

    ✔ RAI/MOD : Modéliser une transformation chimique


    On fait réagir 0,34 g de méthylamine avec 0,44 cm3 de butane-2,3-dione. Il se forme une imine qui possède une odeur prononcée de pop-corn. Voici l'équation de la réaction :

    \underset{\text{Butane - 2,3 - dione}}{\mathrm{C}_{2} \mathrm{O}_{2}\left(\mathrm{CH}_{3}\right)_{2}}+\underset{\text{Methylamine}}{\mathrm{NH}_{2} \mathrm{CH}_{3}} \rightarrow \underset{\text{Imine}}{\mathrm{COCN}\left(\mathrm{CH}_{3}\right)_{3}}+\underset{\text{Eau}}{\mathrm{H}_{2} \mathrm{O}}

    1. Déterminer les quantités de matière des réactifs à l'état initial.

    2. Construire le tableau d'avancement correspondant.
    Cliquez pour accéder à une zone de dessin

    3. En déduire le réactif limitant ainsi que les quantités de matière finales.
    Données

  • Méthylamine : M_\text{m} = 31,0 g·mol-1;
  • Butane-2,3-dione : M_\text{b} = 86,0 g·mol-1;
    \rho_\text{b} = 0,99 kg·L-1.
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    19
    Déterminer un volume de gaz

    ✔ RAI/MOD : Modéliser une transformation

    Placeholder pour Photo : main saupoudrant de farine une pâte à pain artisanale beige. Texture irrégulière.Photo : main saupoudrant de farine une pâte à pain artisanale beige. Texture irrégulière.

    La levure chimique est utilisée pour faire des gâteaux. Elle contient 0,2 mol d'hydrogénocarbonate de sodium (\text{NaHCO}_3) ainsi que 2 mol d'acide tartrique (qui libère 4 mol d'ions \text{H}^+), tous deux solides. À froid, en présence d'eau, on observe un dégagement de dioxyde de carbone, ce qui fait lever la pâte à pain :

    \mathrm{NaHCO}_{3}(\mathrm{s})+\mathrm{H}^{+}(\mathrm{aq}) \rightarrow \mathrm{Na}^{+}(\mathrm{aq})+\mathrm{H}_{2} \mathrm{O}(\mathrm{l})+\mathrm{CO}_{2}(\mathrm{g})

    1. Déterminer le réactif limitant.

    2. Calculer le volume de dioxyde de carbone ainsi produit.

    Données

  • Le volume molaire des gaz est pris égal à V_\text{m}= 24 L·mol-1.
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    20
    Importance des conditions expérimentales

    ✔ RAI/MOD : Modéliser une transformation

    Dans l'
    exercice 19
     on étudie le mode d'action de la levure chimique à froid. Cependant, lors de la cuisson au four, la réaction se fait à chaud, et non plus à froid. L'équation bilan de la réaction est alors :

    2\, \mathrm{NaHCO}_{3}(\mathrm{s}) \rightarrow \mathrm{Na}_{2} \mathrm{CO}_{3}(\mathrm{s})+\mathrm{H}_{2} \mathrm{O}(\mathrm{l})+\mathrm{CO}_{2}(\mathrm{g})

    1. Pourquoi la question de la nature du réactif limitant ne se pose-t-elle plus ici ?
    2. La levure contient 0,2 mol de bicarbonate de soude (\text{NaHCO}_3), déterminer le volume de gaz carbonique produit.

    Données
  • Dans les conditions de l'expérience, le volume molaire des gaz vaut V_\text{m}= 30 L·mol-1.
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    21
    Quelques calculs en QCM

    ✔ RAI/MOD : Modéliser une transformation

    On étudie la réaction de la combustion du dihydrogène que l'on retrouve dans les réacteurs de certaines fusées :
    2\, \mathrm{H}_{2}(\mathrm{l})+\mathrm{O}_{2}(\mathrm{l}) \rightarrow 2\, \mathrm{H}_{2} \mathrm{O}(\mathrm{l}).

    Choisissez la ou les bonnes réponses pour chaque cas.

    1. On fait réagir 2,0 g de \text{H}_2 avec 1,0 g de \text{O}_2 :




    2. On fait réagir 0,8 mol de \text{H}_2 avec 0,4 mol de \text{O}_2 :




    Données
  • M(\mathrm{H})= 1,0 g·mol-1 ;
  • M(\text{O})= 16,0 g·mol-1.
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    A
    Compléter un tableau d'avancement

    ✔ MATH : Calcul littéral

    L'eau de Javel résulte d'une réaction entre des ions hydroxyde HO- et du dichlore Cl2(g).

    1. Compléter la deuxième ligne du tableau d'avancement ci-dessous.

    \text{Cl}_2\text{(g)}\text{+ 2 HO}^-\text{{(aq)}}\rightarrow\text{ClO}^-\text{{(aq)}}\text{+ Cl}^-\text{{(aq)}}\text{+ H}_2\text{O}\text{(l)}
    EI (mol) 0,120,2800excès
    EInt (mol)
    EF (mol)

    Données

    On notera
    • EI : État initial
    • EInt : État intermédiaire
    • EF : État final
    • x : avancement de la réaction

    2. Déterminer l'avancement maximal xmax de cette réaction. En déduire la nature du réactif limitant.

    3. Compléter la dernière ligne du tableau.

    4. Les réactifs ont-ils été mélangés selon les proportions stœchiométriques ?
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    Une notion, trois exercices
    Différenciation

    Savoir-faire : Déterminer la composition d'un système à l'état final
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    22
    Cas 1 (conditions stœchiométriques)

    ✔ RAI/MOD : Modéliser une transformation chimique

    Dans le cas général, si l'équation bilan s'écrit :
    \text{A}+\text{B} \rightarrow \text{C}+\text{D}.

    1. Quelles sont les proportions de \text{A} et de \text{B} à respecter pour être dans les conditions stœchiométriques ?

    2. Écrire alors la relation entre les masses de \text{A}, \text{B}, \text{C} et \text{D}.

    3. \text{C} et \text{D} seront obtenus dans quelles proportions ?
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    23
    Cas 2 (conditions stœchiométriques)

    ✔ RAI/MOD : Modéliser une transformation chimique

    Dans le cas général, si l'équation bilan s'écrit :
    2\, \text{A}+\text{B} \rightarrow \text{C}+2\, \text{D}.

    Avancement d'une réaction et proportions stœchiométriques

    1. Quelles sont les proportions de \text{A} et de \text{B} à respecter pour être dans les conditions stœchiométriques ?

    2. Écrire alors la relation entre les masses de \text{A}, \text{B}, \text{C} et \text{D}.

    3. \text{C} et \text{D} seront obtenus dans quelles proportions ?
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    24
    Cas 3 (conditions stœchiométriques)

    ✔ RAI/MOD : Modéliser une transformation chimique

    Dans le cas général, si l'équation bilan s'écrit :
    2\, \text{A}+3\, \text{B} \rightarrow 2\, \text{C} + 2\, \text{D}.

    1. Quelles sont les proportions de \text{A} et de \text{B} à respecter pour être dans les conditions stœchiométriques ?

    2. Écrire alors la relation entre les masses de \text{A}, \text{B}, \text{C} et \text{D}.

    3. \text{C} et \text{D} seront obtenus dans quelles proportions ?
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