Les transformations de la matière
Exercice 1
Mots croisses
Horizontal
5. Transformation au cours de laquelle le système chimique passe de l'état initial à l'état final avec disparition d'espèces chimiques et formation d'espèces nouvelles
6. Espèce qui apparaît (ou qui se forme) au cours d'une transformation chimique
12. Réactif entièrement consommé à la fin de la réaction
14. Partie des sciences physiques qui étudie les phénomènes chimiques
15. Espèce qui disparait (ou qui est consommée) au cours d'une transformation chimique
17. Passage de l'état gazeux à l'état solide
18. L'état solide est le seul état à avoir un véritable état $\ldots\ldots$ dans sa structure.
Vertical
1. On chauffe de l'eau jusqu'à ébullition. On obtient alors le phénomène de $\ldots\ldots$
2. Passage de l'état solide à l'état gazeux
3. Lorsqu'on met une bouteille d'eau au congélateur, l'eau durcit, c'est le phénomène de $\ldots\ldots$
4. Transformation au cours de laquelle le système chimique cède de l'énergie thermique aux réactifs.
7. Passage d'un état physique à un autre état physique
8. Transformation qui change la nature des corps
9. Transformation qui ne change pas la nature des corps Passage de l'état gazeux à l'état liquide.
10. Transformation chimique qui s'accompagne d'une libération d'énergie thermique
11. Partie des sciences physiques qui étudie les phénomènes physiques
13. C'est de l'eau à l'état solide.
16. Les glaçons fondent, c'est le phénomène de $\ldots\ldots$
Choisir la ou les bonne$(s)$ réponse$(s)$
1. Une transformation physique de la matière a lieu lorsque :
a. du sel se dissout dans de l'eau
b. un glaçon fond
c. le fer réagit avec le dioxygène de l'air et rouille
d. le noyau d'uranium se désintègre lors de la fission nucléaire
2. Lors d'une transformation physique de la matière :
a. il y a des échanges d'énergie avec le milieu extérieur
b. les espèces chimiques sont modifiées
c. les noyaux atomiques sont modifiés
d. il y a conservation de la masse.
3. Le passage de l'état solide à l'état liquide se nomme :
a. La liquidation
b. La solidification
c. La fusion
d. La condensation
4. La vaporisation est le passage de :
a. l'état liquide à l'état gazeux
b. l'état solide à l'état liquide
c. l'état gazeux à l'état liquide
d. l'état liquide à l'état solide
5. La fusion est une transformation physique :
a. endothermique
b. exothermique
c. athermique
d. endothermique ou exothermique, cela dépend de l'espèce chimique
6. Lors de la fusion d'une espèce chimique :
a. la température augmente
b. la température diminue
c. la température reste constante
7. La liquéfaction de l'eau peut être modélisée par l'équation :
a. $H_{2}O(l)\rightarrow\,H_{2}O(g)$
b. $H_{2}O(g)\rightarrow\,H_{2}O(l)$
c. $H_{2}O(s)\rightarrow\,H_{2}O(L)$
d. $H_{2}O(l)\rightarrow\,H_{2}O(s)$
8. On observe un dégagement gazeux au cours d'une transformation chimique.
Après analyse, on constate que ce gaz est du dioxyde de carbone.
On peut le qualifier de :
a. réactif.
b. produit.
c. réactif et produit.
9. Les nombres stœchiométriques :
a. peuvent être nuls.
b. servent à ajuster l'équation.
c. dépendent des quantités de matière.
10. Le réactif limitant est celui :
a. qui est entièrement consommé lorsque la réaction s'arrête.
b. qui possède la plus petite quantité de matière entre les deux réactifs.
c. qui possède le plus petit nombre stœchiométrique entre les deux réactifs.
11. Dans cette équation, $C_{3}H_{8}+aO_{2}\rightarrow\,bCO_{2}+c H_{2}O$ $a$, $b$ et $c$ valent :
a. $a=5$, $b=2$ et $c=4$
b. $a=5$, $b=3$ et $c=4$
c. $a=1$, $b=3$ et $c=4$
12. Lors de la combustion d'une mole de calcium $Ca(s)$ dans une bouteille contenant une mole de dioxygène $0_{2}$ selon : $2Ca(s)+O_{2}(g)\rightarrow\,2CaO(s)$, le réactif limitant est :
a. $Ca(s)$
b. $O_{2}(g)$
c. Aucun réactif limitant, on est dans les conditions stœchiométriques.
13. Pour ajuster les coefficients stœchiométriques d'une réaction chimique, il faut savoir si cette réaction est exothermique ou endothermique.
a. Vrai.
b. Faux.
c. Cela dépend des cas.
14. Une transformation chimique dont la température augmente au cours de la réaction est :
a. endothermique.
b. exothermique.
c. athermique.
15. Une augmentation de température a toujours pour origine une transformation chimique.
a. Vrai.
b. Faux.
16. Lors d'une transformation chimique de la matière :
a. la masse des réactifs est supérieure à la masse des produits formés
b. la masse des réactifs est inférieure à la masse des produits formés
c. la masse des réactifs est égale à la masse des produits formés
17. Lors d'une transformation chimique :
a. les éléments chimiques se conservent.
b. les molécules se conservent.
c. les ions se conservent.
d. les charges électriques se conservent.
18. L'équation de réaction d'une transformation chimique :
a. est l'écriture symbolique avec les formules des réactifs et des produits.
b. est l'écriture littérale (en toutes lettres) des réactifs et des produits.
c. indique les proportions dans lesquelles les réactifs sont consommés et les produits se forment.
d. est une égalité mathématique traduisant la conservation des molécules.
19. Dans l'équation de réaction suivante : $3Fe(s)+2O_{2}(g)\rightarrow\,Fe_{3}O_{4}(s)$
a. Le fer est un produit.
b. le dioxygène est un réactif.
c. l'oxyde de fer est un produit.
d. l'oxyde de fer est un réactif.
20. Dans l'état final d'un système chimique suite à une transformation chimique :
a. les deux réactifs sont toujours épuisés.
b. l'un des réactifs est entièrement épuisé.
c. la température du système est toujours plus élevée qu'à son état initial.
d. la température du système peut avoir évolué.
21. La photosynthèse est le processus où les végétaux synthétisent, en présence de lumière, leur matière organique en transformant le dioxyde de carbone en dioxygène.
L'équation de la réaction modélisant la photosynthèse est :
a. $6H_{2}O+CO_{2}\rightarrow\,C_{6}H_{12}O_{6}+6O_{2}$
b. $C_{6}H_{12}O_{6}+6O_{2}\rightarrow\,6H_{2}O+6O_{2}$
c. $6H_{2}O+6O_{2}\rightarrow\,C_{6}H_{12}O_{6}+6CO_{2}$
d. $6H_{2}O+6CO_{2}\rightarrow\,C_{6}H_{12}O_{6}+6O_{2}$
22. Au cours d'une transformation chimique :
a. des réactifs sont formés.
b. des produits sont formés.
c. des réactifs sont consommés.
d. des produits sont consommés.
23. Au cours d'une transformation chimique totale, le réactif limitant est toujours le réactif qui a la plus petite quantité initiale parmi tous les réactifs.
a. Vrai
b. Faux
c. cela dépend des coefficients stœchiométriques
24. Au cours d'une transformation chimique totale, le réactif limitant est celui qui est totalement consommé à la fin de la transformation.
a. Vrai
b. Faux
c. cela dépend des coefficients stœchiométriques.
25. Une combustion est :
a. une transformation chimique impliquant un corps et du dioxyde de carbone
b. une transformation chimique impliquant un corps et du diazote
c. une transformation chimique impliquant un corps et du dioxygène
26. Lors d'une transformation chimique, la masse totale :
a. augmente
b. diminue
c. est conservée
d. diminue puis augmente
27. Au cours d'une transformation chimique :
a. les molécules se conservent
b. les atomes se conservent
c. les atomes disparaissent.
28. Quand on réalise la combustion du carbone dans le dioxygène :
a. le dioxygène est un produit
b. le dioxygène est un réactif
c. le dioxyde de carbone est un réactif.
29. Une équation de réaction permet :
a. de décrire une transformation chimique
b. de résoudre un problème mathématique
c. de décrire un mélange.
Exercice 3
les changements d'état
Choisir la ou les bonne $(s)$ réponse$(s)$
1. Si l'agitation des particules augmente, on peut observer une :
a. fusion
b. solidification
c. liquéfaction
d. sublimation
e. condensation
f. vaporisation
2. Lors de sa fusion, une espèce chimique :
a. capte de l'énergie du milieu extérieur
b. libère de l'énergie vers le milieu extérieur
c. reste inchangé
b. dégage de la chaleur
c. voit sa température augment
3. Quelle$(s)$ transformation$(s)$ est (sont) endothermique$(s)$ ?
a. fusion
b. solidification
c. liquéfaction
d. sublimation
e. condensation
f. vaporisation
4. Si un système absorbe de l'énergie :
a. l'état des particules est plus ordonné
b. l'état des particules est moins ordonné
c. l'état reste inchangé
5. Une transformation physique se produit quand :
a. Un portail métallique rouille.
b. Un morceau de verre se brise
c. De l'eau bout dans une casserole
d. Le linge sèche.
e. Du bois brûle
6. Lorsque le sucre en poudre est versé dans un verre contenant de l'eau :
a. Le sucre fond
b. Le sucre se dissout
c. Le sucre et l'eau se mélangent
7. Si un système cède de l'énergie au milieu extérieur :
a. L'énergie transférée est négative
b. La transformation est endothermique
c. La transformation est exothermique
d. La transformation est athermique
e. L'énergie transférée est positive
8. Lorsque de la buée se forme sur une vitre :
a. L'eau reçoit de l'énergie.
b. L'eau perd de l'énergie.
c. La vitre reçoit de l'énergie.
d. La vitre perd de l'énergie.
e. La transformation est exothermique.
g. La transformation est endothermique
9. Quelle proposition sur les changements d'état est juste ?
a. La fusion et la vaporisation sont des changements d'état inverse.
b. La température de solidification est la même que la température de liquéfaction.
c. La sublimation et la condensation sont des changements d'état inverse.
10. Quelle proposition sur le changement d'état endothermique est vraie ?
a. Un changement d'état endothermique correspond à un transfert thermique positif.
b. Un changement d'état endothermique entraîne un réchauffement du milieu extérieur.
c. La condensation est un changement d'état endothermique.
Exercice 4
Équilibrer les équations -bilan des réactions suivantes :
1. $Fe+H_{2}SO_{4}\rightarrow\,FeSO_{4}+H_{2}$
2. $Al+HCl\rightarrow\,AlCl_{3}+H_{2}$
3. $Fe+O_{2}\rightarrow\,Fe_{2}O_{3}$
4. $Al+O_{2}\rightarrow\,Al_{2}O_{3}$
5. $Al+H_{2}SO_{4}\rightarrow\,Al_{2}SO_{4}H_{2}$
6. $Zn+HCl\rightarrow\,ZnCl_{2}H_{2}$
7. $C_{7}H_{14}+O_{2}\rightarrow\,CO_{2}+H_{2}O$
Exercice 5
On chauffe un tube à essais contenant une poudre noire formée d'un mélange d'oxyde de cuivre $(II)$ $CuO$ et de carbone $C.$
Le tube à essais est muni d'un tube à dégagement plongeant dans de l'eau de chaux.
Au cours de la réaction l'eau de chaux se trouble et on observe un dépôt brillant rougeâtre sur les parois du tube à essais.
1. Écrire l'équation de la réaction chimique.
2. Quels sont les éléments chimiques présents dans les entités chimiques initialement introduites ? Préciser leur nom et leur symbole.
3. En déduire les éléments chimiques présents dans les produits de la réaction
Exercice 5
Produits ménagers
L'anticalcaire est une solution permettant d'éliminer les tâches de calcaire pouvant se former dans les éviers ou les baignoires.
Le fonctionnement de l’anticalcaire est assez simple, il s'agit simplement d'une solution acide qui réagit avec le calcaire pour donner des ions calcium, du dioxyde de carbone gazeux et de l'eau liquide
1. Identifier les réactifs et les produits, puis écrire l'équation de la réaction se produisant lorsqu'on verse de l'anticalcaire sur du calcaire.
Les déboucheurs d'évier sont, en revanche, des solutions très basiques qui éliminent tous les déchets organiques (cheveux, aliments, peau,$\ldots$) s'accumulant les évacuations d'eau.
Mélanger les deux produits précédents est dangereux car il se produit alors une réaction très exothermique entre l'ion hydrogène et l'ion hydroxyde qui produit de l'eau liquide.
2. Écrire l'équation de la réaction ayant lieu lors du mélange de l'anticalcaire et du déboucheur d'évier.
3. Si la réaction se fait dans les proportions stœchiométriques, que peut-on dire du $pH$ du mélange des deux solutions ?
Données :
$-\ $Le calcaire est un solide ionique de formule brute $CaCO_{3}$
$-\ $les solutions sont acides si elles sont riches en ion $H^{+}$, basiques si elles sont riches en ion hydroxyde $HO^{-}$ et neutre s'il n'y a qu'une concentration négligeable de ces deux ions.
$-\ $le calcium est dans la deuxième colonne du tableau des éléments
Exercice 6
Application à la synthèse de l'arôme de banane.
On désire synthétiser de l'acétate de butyle, molécule que l'on trouve naturellement dans certains fruits comme les pommes (notamment la variété Red Delicious).
Cette molécule a une odeur de banane ou de pomme de puissance moyenne.
Pour la produire, on place $0.5\,mol$ d'anhydride acétique, $0.40\,mol$ de butanol et quelques gouttes d'acide sulfurique dans un montage à reflux.
La réaction de synthèse est la suivante :
$C_{4}H_{10}O_{(}+C_{2}H_{4}O_{2}(l)\rightarrow\,C_{6}H_{12}O_{2}(l)+H_{2}O_{(l)}$
1. L'équation de réaction précédente est-elle ajustée ?
2. Quel est l'état des réactifs et des produits ?
3. Identifier le réactif limitant et en déduire la quantité de matière maximale d'acétate de butyle qu'il est possible d'obtenir.
Exercice 8
Origine du nom hydrogène
Le mot hydrogène est composé des racines grecques hydro qui signifie « eau » et gène qui signifie
« engendrer ». Ce nom signifie donc « engendre de l'eau ».
L'hydrogène fut ainsi nommé par Antoine
de Lavoisier $(1743-1794).$
Lavoisier pratiqua la combustion, dans le dioxygène, du gaz formé par la réaction d'un acide avec du fer.
La combustion de ce gaz entraîna la formation d'eau.
C'est pourquoi il lui donna le nom d'hydrogène.
1. Rappeler l'équation de la réaction du fer avec un acide.
2. Quel est le nom moderne du gaz formé par cette réaction ?
3. Comment peut-on l'identifier ?
4. Dans la réaction de combustion, donner les noms des deux réactifs avec leur formule chimique.
5. Dans la réaction de combustion, donner le produit avec sa formule chimique.
6. Proposer une équation de réaction de cette combustion
Exercice 9
Réaction de l'acide chlorhydrique avec l'aluminium
Tout comme le fer, l'aluminium peut réagir avec l'acide chlorhydrique.
L'équation de la réaction est :
$2Al+6H^{+}\rightarrow\,2Al^{3+}+3H_{2}$
1. Quels sont les produits de la réaction ?
2. Quels sont les réactifs de la réaction ?
3. Lequel est un gaz ?
4. Comment l'identifier ?
5. Comment varie la population des ions H+ durant la réaction ?
6. Comment le vérifier ?
Exercice 10
1. Au cours de la transformation ci-après, les quantités initiales des réactifs magnésium $(Mg)$ et dioxygène $\left(O_{2}\right)$ sont égales à $3.0$mol chacune : $2\,Mg+O_{2}\rightarrow\,2MgO$
Déterminer le réactif limitant de cette transformation.
2. Au cours de la transformation ci-après, la quantité initiale de sodium $(Na)$ est égale à $8.0$mol :
$4\,Na+O_{2}\rightarrow\,2Na_{2}O$
Déterminer la quantité initiale de dioxygène $\left(O_{2}\right)$ qu'il faut utiliser pour que les réactifs soient dans les proportions stœchiométriques (les deux réactifs sont alors limitant).
Exercice 11
1. Ajuster les nombres stœchiométriques des équations suivantes :
1.1 $PCl_{5}+H_{2}O\rightarrow\,H_{3}PO_{4}+HCl$
1.2. $Fe^{3+}+Zn\rightarrow\,Fe+Zn^{2+}$
1.3. $CO+Fe_{3}O_{4}\rightarrow\,4CO_{2}+Fe$
2. L'airbag est un dispositif de sécurité :
lors d'un accident, le choc provoque le gonflage de ballons de protection.
La production de gaz est due à une succession de deux réactions chimiques.
$\bullet\ $Dans un premier temps, le choc provoque l'explosion d'une pastille d'azoture de sodium $NaN_{3}$ qui produit du sodium métallique Na et du diazote gazeux $N_{2}.$
$\bullet\ $Dans une seconde étape, le sodium métal Na obtenu précédemment réagit sur du nitrate de potassium $KNO_{3}$
Cette réaction produit de l'oxyde de sodium $Na_{2}O$, de l'oxyde de potassium $K_{2}O$ et du diazote.
Écrire les équations chimiques correspondant aux réactions qui se produisent dans les deux étapes.
Exercice 12
On réalise la combustion de $5$ moles d'éthène de formule $C_{2}H_{4}$ dans un récipient en verre contenant
$20$ moles de dioxygène $O_{2}$
Il se forme du dioxyde de carbone $CO_{2}$ et de la vapeur d'eau $H_{2}O$ qui se liquéfier et forme de la buée sur les parois du récipient.
1. Déterminer s'il s'agit d'une transformation chimique ou non.
2. Écrire l'équation de la réaction qui modélise cette transformation.
3. Déterminer le réactif limitant.
4. Donner la composition du mélange après la réaction
Exercice 13
Soit la combustion complète de l'éthanol C2H6O. $C_{2}H_{6}O$
Les seuls produits sont le dioxyde de carbone et la vapeur d'eau.
1. Écrire l'équation-bilan de la réaction.
2. On fait brûler $0.20$ mol d'éthanol.
Quelle est la quantité de dioxygène nécessaire ?
3. Quelle masse d'eau et de dioxyde de carbone fournit la combustion de $0.20$ mol d'éthanol ?
4. Quel volume de dioxygène est consommé au cours de cette réaction ?
Exercice 14
Le sulfate de cuivre hydraté a pour formule CuSO4, 5H2O
1. Calculer la masse molaire du sulfate de cuivre hydraté.
2. Déterminer le nombre de moles contenues dans une masse de $20\,g$ de ce produit.
3. Déterminer la masse correspondant à une quantité de matière de $0.16\,mol.$
On donne :
$M(Cu)=64\,g/mol$ ;
$M(S)=32\,g/mol$ ;
$M(O)=16\,g/mol$ ;
$M(H)=1\,g/mol$
Exercice 15
Le premier étage de la fusée Ariane $4$ était équipé de moteurs qui utilisaient comme combustible la diméthylhydrazine
$C_{2}H_{8}N_{2}$ (DMHA), et comme comburant le tétraoxyde de diazote
$N_{2}O_{4}$
Les produits de la réaction sont du diazote, de l'eau et du dioxyde de carbone.
La fusée emportait une masse $m=50.0$ tonnes de DMHA et une masse $m$ de $N_{2}O_{4}$
1. Écrire l'équation de la réaction. ´
2. Calculer la quantité initiale nDMHA de DMHA.
3. La réaction est totale, calculer la composition du système `a l'état final
On donne :
$M(C)=12\,g/mol$ ;
$M(O)=16\,g/mol$ ;
$M(H)=1\,g/mol$ ;
$M(N)=14\,g/mol$
Exercice 16
Le savon est le produit d'une réaction nommée saponification, réaction d'un corps gras comme l'oléine $C_{57}H_{104}O_{6}$ avec l'eau en milieu basique.
Dans un ballon, on introduit
$-\ m=15\,g$d'oléine
$-\ V=20\,mL$ d'une solution $Na^{+}+C1^{-}$ de concentration $C=10\,mol\cdot L^{-1}$
$-\ $quelques grains de pierre ponce
Le mélange réactionnel est chauffé à reflux pendant $30$ min.
L'équation de réaction s'écrit
$C_{57}H_{104}O_{6}+3\,Na+3\,HO^{-}\rightarrow\,C_{3}H_{8}O_{3}+3C_{18}H_{33}O_{2}$
1. Calculer les quantités initiales de réactifs.
2. Faire le bilan molaire
3. Quel est le réactif limitant ?
4. Calculer la masse de savon $C_{18}H_{33}O_{2}$ attendue si l'on considère la transformation totale.
On donne :
$M(C)=12\,g/mol$ ;
$M(O)=16\,g/mol$ ;
$M(H)=1\,g/mol$ ;
$M(Na)=23\,g/mol$