Classe de 4ème Sciences Physiques M. CELLES
Thème II : L’air qui nous entoure ;
le dioxygène Chapitre 1 : L’air dans notre environnement I. De quoi est composé l’air que nous respirons ? A. Composition de l’air 1. Composition exacte
2. Composition approchée
B. Les molécules dans l’air 1. Rappel du modèle du gaz
Les corps sont constitués de particules.
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Solide
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Liquide
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Gaz
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Particules
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proches les unes des autres
pratiquement immobiles
peu libres
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proches les unes des autres
agitées
peuvent se déplacer
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très éloignées les unes des autres
très agitées
se déplacent dans tous les sens
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Etat
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compact
ordonné
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compact
désordonné
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dispersé
très désordonné
| 2. Composition de l’air en molécules
1 molécule de dioxygène pour 4 molécules de diazote
C. L’air est-il un corps pur ? 1. Définition d’un corps pur
Un corps pur est un corps qui ne contient qu’un seul type de molécule.
2. Observation de la composition
L’air contient des molécules de diazote, des molécules dioxygène, etc. …
3. Conclusion
L’air n’est pas un corps pur : c’est un mélange.
II. Un constituant vital de l’air : le dioxygène A. Rôle du dioxygène dans la respiration
L’être humain a besoin de respirer pour vivre. La respiration consiste à puiser le dioxygène contenu dans l’air.
B. Rôle du dioxygène dans les combustions
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Bûchette incandescente plongée dans l’air
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… après avoir soufflé dessus
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Bûchette incandescente plongée dans le dioxygène pur
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Observation :
La bûchette incandescente se rallume vivement.
Interprétation
Le dioxygène ranime la flamme.
Conclusion :
L’air permet la combustion grâce au dioxygène.
III. La pollution atmosphérique
Voir activité documentaire p 29
Ex 1, 2, 3 p15
Chapitre 2 : Propriétés de l’air I. L’air a-t-il une masse ? A. Approche qualitative (Expérience 1)
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Mesure de la masse du ballon
Masse mesurée : m1
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Gonflage du ballon
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Mesure de la masse du ballon gonflé
Masse mesurée : m2
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Calcul de la masse d’air injecté dans le ballon
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Observation :
Le ballon gonflé est plus lourd après avoir été gonflé.
Interprétation :
représente la masse d’air injecté dans le ballon.
Conclusion :
L’air a une masse : on dit de l’air qu’il est pesant.
B. Approche quantitative (Expérience 2)
On veut maintenant connaître la masse d’un litre d’air.
Comment procède-t-on ?
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Mesure de la masse du ballon gonflé
Masse mesurée : m1 = …
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Prélèvement de …… d’air du ballon.
(Mesure de volume par déplacement d’eau)
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Mesure de la masse du ballon dégonflé de …… L d’air.
Masse mesurée : m2 = …
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La masse de ………. L d’air est ………….. g.
On en déduit la masse de 1 L d’air par proportionnalité.
Volume d’air (L)
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1
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Masse d’air (g)
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Avec plus de précision, on montre que la masse de 1L d’air est 1,29 g.
II. L’air a-t-il un volume propre ? A. Quelques expériences 1. Expérience 3
Emprisonnez un certain volume d’air dans une seringue bouchée.
Appuyez sur le piston.
Notez vos observations :
2. Expérience 4
Emprisonnez un certain volume d’air dans une seringue bouchée.
Tirez sur le piston.
Notez vos observations :
3. Expérience 5
Emprisonnez un certain volume d’air dans une seringue bouchée.
Appuyez sur le piston. Relâchez-le.
Notez vos observations :
B. La pression de l’air 1. Expérience 6
Reliez l’extrémité d’une seringue à un manomètre (appareil qui mesure la pression)
Emprisonnez un certain volume d’air dans la seringue bouchée par le manomètre.
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Appuyez sur le piston.
Notez vos observations :
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Tirez sur le piston.
Notez vos observations :
| III. Interprétation moléculaire A. Interprétation de la pression d’un gaz
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Lorsqu’on fait tomber des billes sur une balance, son plateau s’abaisse d’un manière constante. Les chocs produisent sur le plateau une poussée constante.
Il en va de même pour un gaz : les molécules frappent la paroi du récipient qui les contient d’autant plus que la pression est élevée.
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B. Interprétation de la compressibilité
Dessinez dans chaque seringue
T rois sphères rouges représentant les molécules de dioxygène
et le nombre approprié de sphères vertes représentant les molécules de diazote.
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L’air à l’intérieur de la seringue est à la pression atmosphérique.
Environ 1 bar soit 10000 Pa (Pascal) ou 1000 hPa (hecto Pascal).
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L’air à l’intérieur de la seringue est à une pression supérieure à la pression atmosphérique.
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L’air à l’intérieur de la seringue est à une pression inférieure à la pression atmosphérique.
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Quand on rapproche les molécules les unes des autres (en diminuant le volume occupé par l’air), le nombre de chocs (donc la pression) augmente.
IV. Conclusions des expériences
Les expériences que vous venez de réaliser permettent de montrer que l’air possède certaines propriétés.
Il est, comme tous les gaz, élastique, compressible, expansible, pesant.
Dans le tableau ci-dessous reliez par une flèche chacune des propriétés à l’expérience qui permet de la mettre en évidence.
Propriétés de l’air
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Expériences mettant en évidence ces propriétés
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Elastique
Compressible
Pesant
Expansible
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Expérience 1
Expérience 2
Expérience 3
Expérience 4
Expérience 5
Expérience 6
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En conclusion, l’air est .
Chapitre 3 : Les combustions
I. La combustion du carbone A. Expériences
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Amorçage de la combustion du carbone
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Combustion du carbone dans le dioxygène
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On plonge une bûchette incandescente dans le flacon
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On verse de l’eau de chaux dans le flacon
| B. Observations
Lors de l’amorçage de la combustion dans l’air on observe que :
Après avoir plongé le morceau de charbon de bois dans le dioxygène on observe que :
le morceau de charbon
après quelques instants,
la longueur du morceau de charbon
Après avoir versé de l’eau de chaux dans le flacon on observe que :
Après avoir plongé une bûchette incandescente dans le flacon on observe que :
la bûchette incandescente
C. Interprétation
Le charbon de bois est essentiellement constitué de carbone.
En brûlant le carbone et le dioxygène ont disparu.
Un corps nouveau apparaît : le dioxyde de carbone.
Nous avons réalisé une réaction chimique.
La combustion du carbone dans le dioxygène est une réaction chimique.
Les réactifs sont les corps qui disparaissent ici ce sont : .
Les produits sont les corps nouveaux qui se forment (ici il n’y a qu’un seul produit) :
Le corps qui brûle (ici le ……………) est le …………… .
Le dioxygène est le ……………. .
II. La combustion du fer A. Expérience B. Observations C. Interprétation D. Conclusion
fer + dioxygène oxyde magnétique de fer
III. La combustion du butane (ou du méthane) A. Expérience B. Observations C. Interprétation D. Conclusion
méthane (ou butane) + dioxygène dioxyde de carbone + eau
IV. Les dangers des combustions A. Combustion complète B. Combustion incomplète
Chapitre 4 : Les atomes, un modèle pour comprendre la réaction chimique I. Les atomes
Symbole
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Nom de l’atome
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Représentation
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C
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O
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H
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N
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Ca
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Fe
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Mg
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P
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S
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Ag
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Au
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| II. Les molécules
Les molécules sont un ………………… d’atomes.
Formule
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Nom de la molécule
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Représentation
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O2
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H2
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H2O
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CO2
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CH4
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CO
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| III. Comment interpréter les réactions chimiques ? A. Les molécules et les atomes dans la réaction chimique
Bilan de la combustion complète du carbone
Conclusion : au cours de la réaction chimique, les ……………… constituants les molécules des réactifs se regroupent pour former les molécules des …………… .
B. Equation-bilan
Conclusion : Une réaction chimique conserve …………… et …………… des …………… mais ne conserve pas ………………… .
C. Vérifions la conservation de la masse dans une réaction chimique
Nous allons mettre en contact de ………………………………………
avec ……………….. .
1. S’agit-il d’une réaction chimique ? 2. Y a-t-il conservation de la masse ?
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Mesure de la masse
m 
(kg)
t (s)
|
Conclusion :
|
C
Fiche méthode
omment écrire une équation bilan
et ajuster ses coefficients ?
Exemple de la combustion du méthane
1. Ecrire le bilan de la réaction chimique
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…………………………………...…..…………………………………...……………...
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2. Remplacer les noms des réactifs et des produits par leurs formules.
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…………………………………...…..…………………………………...……………...
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3. Ajuster les coefficients de l’équation bilan
Règle à respecter : ……………………………………………………………
Méthode :
Choisir un type d’atome et repérer parmi les réactifs et les produits les molécules qui le contiennent.
A droite et à gauche de la flèche il doit y avoir le même nombre type.
Rechercher le nombre de molécules pour qu’il en soit ainsi en faisant figurer ce nombre devant la formule de la molécule (coefficient).
Attention aux indices car certaines molécules contiennent plusieurs atomes de même type !
Recommencer l’opération avec chacun des autres atomes.
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EXEMPLE
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Choisir un type d’atome, l’atome carbone par exemple, repérer les molécules qui le contiennent.
Repérer et compter les atomes carbone C :
A gauche il y a …… atomes carbone.
A droite il y a …… atomes carbone.
Le carbone est donc équilibré.
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L’atome carbone se trouve dans les molécules …………………………………...
|
Repérer et compter les atomes hydrogène H :
A gauche il y a …… atomes hydrogène.
A droite il y a …… atomes hydrogène.
Il faut à droite, comme à gauche …… atomes hydrogène.
Pour qu’il en soit ainsi il faut …… molécules d’eau.
On écrit le coefficient …… devant H2O.
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L’atome hydrogène se trouve dans les molécules …………………………………...
|
Repérer et compter les atomes oxygène O :
A droite il y en a …… + …… = ……
A gauche il en faut aussi ……
Pour qu’il en soit ainsi il faut …… molécules de dioxygène.
On écrit le coefficient …… devant O2.
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L’atome oxygène se trouve dans les molécules …………………………………...
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4. Vérifier qu’aucun atome n’a été oublié tant à droite qu’à gauche
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…………………………………...…..…………………………………...……………...
| Chapitre 5 : Substances naturelles
et
substances de synthèse I. On peut obtenir des produits identiques par des procédés différents A. Comment obtenir du dioxyde carbone ? 1. Le dioxyde de carbone d’origine naturelle
Les animaux et les hommes produisent du dioxyde de carbone lors de la respiration.
2. Le dioxyde de carbone obtenu par réaction chimique a. Combustion du carbone b. Action d’un acide sur du calcaire B. Comment obtenir du dioxygène ? 1. Le dioxygène d’origine naturelle 2. Le dioxygène obtenu par réaction chimique
Voir fiche « Obtention du dioxygène par réaction chimique »
Conclusion
Quelle que soit sa provenance, un corps pur donné est constitué de molécules identiques et possède les mêmes propriétés.
II. Substances naturelles et substances de synthèse A. Les substance naturelles
Les substances naturelles existent dans la nature.
Le travail du chimiste consiste à les extraire, puis à les identifier.
Exemple :
Le sucre est extrait de la canne à sucre ou de la betterave.
La laine est fournie par la toison des moutons.
Conclusion : Le sucre et la laine sont des produits naturels.
B. Les substances de synthèse
Les substances de synthèse sont fabriquées par l’Homme dans les laboratoires.
1. Les substances de synthèse identiques aux substances naturelles
Les substances naturelles peuvent être synthétisées, c'est-à-dire qu’on peut reproduire les molécules d’une substance naturelle.
Avantage : grande quantité, coût.
Inconvénient : certaines substances naturelles contiennent des centaines de constituants, on ne synthétise alors que les constituants principaux.
Exemple : la pénicilline est un antibiotique. Elle a été découverte en 1928 par Alexander FLEMING et était extraite de certaines moisissures (pénicille ou penicillium notatum). Depuis 1959, on l’obtient par synthèse.
2. Les substances artificielles de synthèse
Une substance artificielle de synthèse est constituée de molécules que l’on ne trouve pas dans la nature.
Exemple : les matières plastiques ne se trouvent pas dans la nature : ce sont donc des substances artificielles de synthèse.
Le Nylon © (des mots anglais vinyl et cotton) fut élaboré dans les années 1930 par une équipe de recherche dirigée par W. Carothers, de la firme Du Pont de Nemours. Ce fut la première fibre synthétique commercialisée à grande échelle.
QUESTION
On broie finement au mixeur un zeste d’orange que l’on met dans un ballon. On ajoute de l’au et on procède à une distillation. On obtient une substance qui sent le citron et qui est utilisée pour parfumer la limonade. L’arôme ainsi obtenu est-il naturel ou de synthèse ?
RETENONS L’ESSENTIEL
Quelle que soit son origine, une substance donnée est formée des mêmes molécules et possède les mêmes propriétés.
Les substances naturelles sont celles qui existent dans la nature. Un produit de synthèse est un produit fabriqué par l'Homme. Parmi les substances de synthèse, on distingue
les substances identiques à celles que l'on trouve dans la nature ;
les substances artificielles qui n'existent pas dans la nature.
Obtention du dioxygène par réaction chimique I. Matériel utilisé
…… mL de permanganate de potassium
…… mL d’eau oxygénée à …… volumes
Flacon
Eprouvette à gaz
Têt à gaz
Cristallisoir
Tube à dégagement
II. Mode opératoire (protocole) III. Travail complémentaire
REPONDEZ AUX QUESTIONS SUIVANTES :
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BARÊME
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1
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Pourquoi doit-on faire couler lentement l’eau oxygénée dans le flacon ?
……………………………………………………………………………………………...
……………………………………………………………………………………………...
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/ 3
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2
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Au début de la réaction le gaz recueilli dans l’éprouvette n’est pas du dioxygène pur. De quel gaz s’agit-il ?
……………………………………………………………………………………………...
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/ 3
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3
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Que signifie, « eau oxygénée à 10 volumes ».
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……………………………………………………………………………………………...
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/ 4
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4
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Comment appelle-t-on cette grandeur caractéristique de la solution ?
……………………………………………………………………………………………...
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/ 3
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5
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Quel volume de dioxygène pourrait-on obtenir à partir d’un flacon de 250mL d’eau oxygénée titrée à 10 volumes ?
……………………………………………………………………………………………...
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/ 3
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6
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Comment expliquer que l’on puisse obtenir moins de dioxygène que prévu.
……………………………………………………………………………………………...
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/ 4
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TOTAL
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… / 20
| Synthèse de l’arôme de banane I. Matériel utilisé
Un bain-marie (ballon et chauffe-ballon)
Un thermomètre
Un tube à essai avec bouchon surmonté d’un tube réfrigérant
Une ampoule à décanter et son support
2 béchers
5 mL d’acide acétique
5 mL d’alcool isoamylique
Quelques gouttes d’acide sulfurique
Eau froide salée saturée
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Les réactifs sont dangereux !
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ATTENTION
| II. Mode opératoire (protocole)
Verser 5 mL d'alcool isoamylique et 5 mL d'acide acétique dans un tube à essais.
Verser goutte à goutte environ 0,5 mL d'acide sulfurique concentré.
Fermer le tube avec un bouchon muni d'un tube réfrigérant à air (tube à air).
Placer le tout dans un bain-marie pendant 10 min.
Verser le contenu du tube dans de l'eau salée saturée
Mélanger
Laisser décanter
Sentir l'ester produit
-
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Ne jamais placer le nez directement au-dessus mais déplacer légèrement le dégagement en agitant avec la main.
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ATTENTION
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Séparer l'ester du mélange hétérogène avec une ampoule à décanter
III. Bilan de la réaction chimique
Nom :
Prénom :
Date :
|
4ème
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IV. Travail complémentaire
REPONDEZ AUX QUESTIONS SUIVANTES :
|
BARÊME
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1
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Indiquez à quoi sert l’acide sulfurique dans cette expérience.
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……………………………………………………………………………
Quel nom donne-t-on en Chimie à un corps qui joue ce rôle ?
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4
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2
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Pourquoi les réactifs sont-ils placés dans un bain-marie ?
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4
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3
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Le tube de 20 à 40 cm porte le nom de « réfrigérant à air ». A quoi sert-il ?
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……………………………………………………………………………
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4
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4
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Précisez à quoi sert l’eau salée.
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4
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5
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Dans l’ampoule à décanter l’arôme se trouve dans la partie supérieure. Pourquoi ?
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……………………………………………………………………………
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/
4
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TOTAL
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… / 20
|
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