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de

Cours • Méthode • Exercices • Corrigés

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Quatrième

mon annéePhysique Chimie

4e

Physique Chimie

rédigé par des professeursde l’Éducation Nationale

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© Copyright Cours Legendre – Tous droits réservés

Ce cours a été rédigé par :

Monsieur Alain Akhebat,

Professeur de physique et de chimie.

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COURS DE REVISION Le cours de révision est composé de trois dossiers.

1. Un bilan-test de début de cours qui permet de repérer les éventuelles difficultés et de mieux orienter ses révisions. Il ne faut pas l’adresser à la correction car vous les trouverez ainsi que les conseils du professeur juste après.

2. Le cours. 4 séries de travail avec des leçons et des exercices d’application. Ceux-ci

sont autocorrectifs et servent d’entraînement aux devoirs. Il ne faut pas les adresser à la correction.

3. Corrigé des exercices. Ce sont les corrigés des exercices du cours.

COMMENT ETUDIER SON COURS ? Etudiez une série de travail par semaine en faisant tous les exercices d’application, en vérifiant leur exactitude. Travaillez régulièrement chaque jour.

Bon travail !

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BILAN TEST

1) L’air est principalement constitué d’un mélange de dioxygène et de diazote. a. il y a autant de diazote que de dioxygène. b. il y a plus de diazote que de dioxygène. c. il y a plus de dioxygène que de diazote.

a b c

2) Comment appelle-t-on des particules solides en suspension dans l’air ? a. un gaz b. une fumée c. une brume

a b c

3) On mesure la pression d’un gaz enfermé dans un récipient avec : a. un tensiomètre b. un manomètre c. un baromètre

a b c

4) Au cours d’une transformation physique, que devient la masse ? a. elle augmente b. elle ne varie pas c. elle diminue

a b c

5) Quel est le gaz qui trouble l’eau de chaux ? a. dioxygène b. dioxyde de carbone c. diazote

a b c

6) Une combustion incomplète entraîne la production : a. de dioxyde de carbone b. de monoxyde d’azote c. de monoxyde de carbone

a b c

7) La formule de la molécule d’eau est : a. H2O b. HO c. HO2

a b c

8) Pour mesurer une tension, un voltmètre se branche : a. en dérivation b. de façon quelconque c. en série

a b c

9) Pour qu’une lampe brille normalement, il faut qu’elle soit en : a. sous-tension b. sur-tension c. tension nominale

a b c

10) Une résistance se mesure en : a. ohm b. volt c. ampère

a b c

11) Quelle est la bonne relation dans la loi d’Ohm ? a. I = R.U b. U = R.I c. R = U.I

a b c

12) Aux bornes d’un dipôle ohmique de résistance 100 Ω, on applique une tension de 20 V. Quelle est l’intensité du courant la traversant ? a. 0,2 A b. 2 A c. 0,02 A

a b c

13) Les tensions entre les bornes de dipôles montés en dérivation sont : a. différentes b. identiques c. nulles

a b c

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BILAN TEST

14) Mendeleïev a établi : a. le calcul de la vitesse de la lumière b. la loi sur les courants c. la classification périodique des éléments

a b c

15) Quand on parle du dioxyde de carbone CO², il s’agit : a. d’une molécule b. d’un élément chimique c. d’un atome

a b c

16) Un cycliste roule à vitesse constante en ligne droite. Son mouvement est : a. rectiligne accéléré b. circulaire uniforme c. rectiligne uniforme

a b c

17) Si v est la vitesse, d la distance et t le temps, la formule de la vitesse permet d’écrire : : a. d = v x t b. t = v x d c. v = d x t

a b c

18) Si la galaxie d’Andromède est a 2 x 106 a.l. de la Terre, cela signifie que la lumière émise par cette galaxie a mis pour nous parvenir : a. 2 millions de secondes b. 2 millions d’années c. 2 mille ans

a b c

19) La vitesse de la lumière dans l’eau est 225 000 km/s. Quelle est son écriture scientifique ? a. 225 × 103 km/s b. 22,5 × 104 km/s c. 2,25 × 105 km/s

a b c

20) Une année-lumière représente environ : a. 3 × 1013 km b. 1013 km c. 3 × 105 km

a b c

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BILAN TEST CORRIGÉ

QUESTIONS

REPONSES

1 b 1ère série, 1ère leçon 2 b 1ère série, 1ère leçon 3 b 1ère série, 2ème leçon 4 b 1ère série, 3ème leçon 5 b 2ème série, 1ère leçon 6 c 2ème série, 1ère leçon 7 a 2ème série, 2ème leçon 8 a 3ème série, 2ème leçon 9 c 3ème série, 3ème leçon

10 a 3ème série, 4ème leçon 11 b 3ème série, 4ème leçon 12 a 3ème série, 4ème leçon 13 b 3ème série, 3ème leçon 14 c 2ème série, 2ème leçon 15 a 2ème série, 2ème leçon 16 c 4ème série, 1ère leçon 17 a 4ème série, 1ère leçon 18 b 4ème série, 2ème leçon 19 c 4ème série, 2ème leçon 20 b 4ème série, 2ème leçon

Si ton score final est supérieur à 17/20 c'est un bon début. Ne relâche pas tes efforts. Tu peux commencer sereinement l'étude de ton cours.

S'il est compris entre 12 et 17, tu as de bonnes connaissances mais

certaines notions doivent être révisées. Si ton score est inférieur à 12/20, je te conseille de bien revoir les leçons et

les exercices dans lesquels tu as fait des erreurs.

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1ère série Première leçon : L’atmosphère Deuxième leçon : L’air et ses propriétés Troisième leçon : Description moléculaire de la matière

2ème série Première leçon : Les combustions Deuxième leçon : La transformation chimique

3ème série Première leçon : Intensité du courant Deuxième leçon : Tension électrique Troisième leçon : Adaptation en électricité Quatrième leçon : La résistance électrique – La loi d’Ohm

4ème série

Première leçon : Mouvement d’un objet

Deuxième leçon : Lumière et longueur

SOMMAIRE

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Vérifie tes connaissances !

Notre collection mon année DEVOIRS AVEC CORRECTION te propose 6 devoirs* en phase avec ton cahier de révision.

Ces devoirs, à nous renvoyer pour être corrigés par nos professeurs de

l’Education Nationale, sont un complément essentiel pour t’assurer de la bonne compréhension du cours.

Disponibles dans toutes nos matières, ils sont à commander sur notre site

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*4 pour les cahiers de CM2 Anglais et CM2 Allemand

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Première leçon : L’atmosphère

Deuxième leçon : L’air et ses propriétés

Troisième leçon : Description moléculaire de la matière

1ère SÉRIE

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1ère Série

1ère leçon

L’ATMOSPHERE

I. L’ATMOSPHERE TERRESTRE

1. Composition L’atmosphère est une enveloppe gazeuse qui entoure notre planète la Terre sur 1 000 km environ. L’air constituant une partie de l’atmosphère jusqu’à environ 15 km d’altitude (appelée troposphère) est un mélange de plusieurs gaz. Il est constitué de :

- 78 % de diazote, - 21 % de dioxygène, - 1% d’autres gaz (gaz rares, vapeur d’eau, dioxyde de carbone, ozone, …).

2. Rôle

L’atmosphère est essentielle à la vie sur Terre. Elle permet de maintenir une température acceptable à l’apparition et au développement de la vie (en moyenne 15°C). Le dioxygène que contient l’atmosphère terrestre permet aux êtres vivants de respirer. Elle nous protège :

- d’une part de la chute de la plupart des météorites, - d’autre part des rayons ultraviolets du Soleil grâce à sa couche d’ozone à environ

30 km d’altitude qui filtre les rayons les plus dangereux mais laisse passer ceux nécessaires à la vie.

3. Couches de l’atmosphère

L’atmosphère, d’environ 1 000 km, est caractérisée par la succession de plusieurs couches :

- la troposphère d’une épaisseur de 15 km, contenant l’air que nous respirons et la vapeur d’eau (nuages),

- la stratosphère de 15 à 50 km d’altitude, endroit où se trouve la couche d’ozone, - la mésosphère de 50 à 80 km d’altitude, caractérisée par une baisse sensible de la

température avec l’élévation de l’altitude, - la thermosphère jusqu’à 800 km où apparaissent les aurores polaires (également

appelée aurore boréale dans l’hémisphère nord et aurore australe dans l’hémisphère sud).

- l’exosphère au-delà de 800 km, domaine où des satellites d’observation évoluent.

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1ère Série

1ère leçon

altitude (km)

(satellites)exosphère

(aurores polaires)

thermosphère

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couche d'ozone

(nuages) troposphère

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80

50

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stratosphère

température (°C)-90 -60 -30 0 15fig. 1 : Couches de l’atmosphère

II. LA POLLUTION ATMOSPHÉRIQUE ET SES CONSÉQUENCES

Parmi les polluants, on distingue les gaz et les fumées. Des gaz nocifs se trouvent à un taux anormalement élevé dans l’air pollué. Cet air pollué contient également des fumées constituées par des micro-particules solides en suspension. Cette pollution est essentiellement d’origine humaine (industries, habitations, automobiles, …).

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1ère Série

1ère leçon

Les conséquences principales sur l’environnement pouvant apparaître sont multiples :

- création de smog dans des villes importantes se manifestant par une forme de brume brunâtre recouvrant la ville,

- apparition de pluies acides ayant des conséquences néfastes sur les forêts,

- trou dans la couche d’ozone,

- augmentation de l’effet de serre due à l’accroissement des quantités de gaz

responsables de cet effet (dioxyde de carbone rejeté par l’industrie, production de méthane par l'agriculture, oxydes d’azote émis par les moteurs).

Remarques sur l’effet de serre Les rayons du Soleil traversent assez facilement l’atmosphère et viennent chauffer le sol. Ce dernier émet à son tour des rayons infrarouges (rayons chauds) vers le ciel : une partie de ces rayons part dans l’espace, une autre partie est arrêtée et renvoyée vers le sol qui est ainsi encore réchauffé. Le piégeage d’une partie des rayons constitue l’effet de serre. Cet effet, en limitant le rayonnement infrarouge émis par le sol vers l’espace, à cause des gaz responsables de cet effet présents dans l’atmosphère, entraîne une augmentation de la température de cette atmosphère. Par conséquent, la température moyenne de la Terre augmente, impliquant une modification du climat de la planète :

- tempêtes, sécheresses, inondations plus fréquentes, - fonte de la banquise et des glaciers, - menace de la biodiversité, - menace sur la santé.

Dans l’avenir, les êtres humains devront être capables de modifier leur façon de vivre afin de réduire la pollution, comme par exemple :

- utilisation de véhicules moins polluants (carburants plus « propres », voitures électriques),

- industries libérant moins de gaz polluants et de fumées, - développement de sources d’énergie renouvelables (éoliennes grâce à l’énergie du

vent, capteurs solaires grâce au rayonnement du Soleil), - meilleures isolations des habitations et des bureaux afin de réduire les pertes

d’énergie et donc de faire des économies.

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1ère Série

1ère leçon

Exercice 1 _______________________________________________________

Un récipient contient un volume d’air de 50 litres. Calculez le volume de dioxygène et de diazote contenu dans le récipient. _____________________________________________________________________ _____________________________________________________________________ _____________________________________________________________________ _____________________________________________________________________ _____________________________________________________________________ _____________________________________________________________________

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1ère Série

2èMe leçon

L’AIR ET SES PROPRIÉTÉS

I. Volume de l’air Expérience On enferme une quantité d’air dans une seringue. Ensuite, on bouche celle-ci à l’extrémité. On appuie sur le piston . Dans un deuxième temps, on tire sur le piston . piston air enfermé

Observation

- Lorsqu’on appuie sur le piston, la quantité d’air contenue dans la seringue ne varie pas mais le volume occupé par l’air diminue.

- Lorsqu’on tire sur le piston, la quantité d’air contenue dans la seringue ne varie

toujours pas mais le volume occupé par l’air augmente.

- Lorsqu’on appuie ou tire sur le piston, il tend à revenir à sa position initiale. Conclusion sur les propriétés de l’air

- L’air n’a pas de volume propre, il occupe tout le volume qui lui est offert. - L’air est compressible : le volume qu’il occupe peut être diminué.

- L’air est expansible : le volume qu’il occupe peut être augmenté.

- L’air est élastique.

Ces propriétés se vérifient pour tous les gaz.

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1ère Série

2èMe leçon

II. Pression de l’air

1. Pression atmosphérique L’air qui nous entoure exerce une pression appelée pression atmosphérique. Celle-ci se mesure avec un baromètre. Cette pression atmosphérique peut être mise en évidence par une expérience simple. feuille de papier

eau

air En ayant retourné le verre avec de l’eau, fermé par une feuille en papier, on constate que l’eau et la feuille de papier ne tombent pas. Conclusion L’air appuie sur une face de la feuille de papier plus que l’eau sur l’autre face. On dit que l’air exerce une pression qui est la pression atmosphérique.

2. Mesure de la pression

Pour mesurer la pression de l’air emprisonné dans un récipient, on utilise un manomètre ou un capteur de pression. Expérience On relie une seringue enfermant une certaine quantité d’air à un capteur de pression qui va mesurer la pression de l’air. air capteur de pression

1. En poussant le piston, on verra la valeur de la pression augmenter.

2. Si le piston est tiré, la valeur lue sur le capteur

diminue. Conclusion Quand on diminue le volume d’air enfermé, l’air est comprimé : sa pression augmente. Quand on augmente le volume d’air enfermé, on le détend : sa pression diminue.

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1ère Série

2èMe leçon

3. Unité de mesure de la pression

La pression se mesure en pascal (Pa). On utilise couramment un multiple du pascal : l’hectopascal (hPa) : 1 hPa = 100 Pa. L’autre unité souvent utilisée est le bar : 1 bar = 105 Pa. Exemple : la pression atmosphérique au niveau de la mer est de 1013 hPa soit 1,013 bar.

III. Masse de l’air

Une expérience simple permet d’établir que l’air a une masse. Un ballon gonflé est pesé à l’aide d’une balance : on trouve une masse m. A l’aide d’une pompe, on le gonfle encore : il pèse cette fois-ci une masse m’ plus importante. Conclusion : L’air introduit a alourdi le ballon. La masse de l’air introduit est : m(air) = m’ – m Dans les conditions normales de température et de pression (T = 20°C et P = 1013 hPa), un litre d’air pèse environ 1,3 g. Remarque : Les autres gaz possèdent aussi une masse qui leur est propre.

IV. Notion de masse volumique

La masse volumique d’une substance, notée ϱ (lettre grecque rho) est la masse par unité de volume de cette substance. Elle se calcule en divisant la masse m de la substance par son volume V> Ainsi : masse volumique = 𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚

𝑣𝑣𝑣𝑣𝑣𝑣𝑣𝑣𝑚𝑚𝑚𝑚

Soit P = 𝑀𝑀

𝑉𝑉

M s’exprime en kg. V s’exprime en m3

P s’exprime en kg/m3

Une autre unité utilisée est le gramme par centimètre cube (g/cm3) Remarque : on a la relation : 1g/cm3 = 1 000 kg/m3

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1ère Série

2èMe leçon

Exemple : - En pesant 1 cm3 d’eau sur une balance, on trouve que ce volume d’eau pèse 1

gramme. Donc, pour l’eau, ϱ = 1g/cm3

- De même, dire que 1 litre d’air pèse 1,3 g signifie que sa masse volumique est ; Ρ = 1,3 g/l soit 1.3 kg/m3

Exercice 2 _______________________________________________________

Aux conditions normales de température et de pression, un litre d’air pèse 1,3 g. Quelle est la masse d’air contenue dans une salle de classe de longueur L = 10 m, de largeur l = 8 m et de hauteur h = 3 m ? On donnera cette masse en grammes et en kilogrammes. _____________________________________________________________________ _____________________________________________________________________ _____________________________________________________________________ _____________________________________________________________________ _____________________________________________________________________ _____________________________________________________________________

Rappel : 1 dm3 = 1 litre = 1 L Exercice 3 Un ballon gonflé pèse 186,5 g. Avec une pompe, on le gonfle davantage. Il pèse à présent 189,1 g.

Quel est le volume d’air qui a été introduit ? _____________________________________________________________________ _____________________________________________________________________ _____________________________________________________________________ _____________________________________________________________________ _____________________________________________________________________

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1ère Série

2èMe leçon

Exercice 4 _______________________________________________________

Conversion des unités de masse et de volume. Complétez.

3,4 t = ________________ kg 1 dm3 = ___________________ mL 253 kg = _______________ t 38 mL = ___________________ cm3 25 g = ________________ kg 2,45 L = ___________________ cm 3 210 mg = _____________ g 4,2 m3 = ____________________ L

Exercice 5 _______________________________________________________

On pèse un volume V de 0,3 l d’alcool à bruler ; on trouve une masse m de 240 g. Quelle est la masse volumique de l’alcool en g/cm3 ?

Convertir le resultat en kg/m3 Rappel : 1 ml = 1 cm3 et 1 l = 1 000 ml _____________________________________________________________________ _____________________________________________________________________ _____________________________________________________________________ _____________________________________________________________________ _____________________________________________________________________ _____________________________________________________________________

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1ère Série

3èMe leçon

DESCRIPTION MOLÉCULAIRE DE LA MATIÈRE

I. Molécules La matière est constituée de particules microscopiques appelées molécules. Celles-ci sont indéformables quasiment et relativement difficiles à casser. Lorsqu’un corps est composé de molécules toutes identiques, on dit que l’on a un corps pur. En revanche si un corps est constitué de molécules différentes, alors on a un mélange. Exemple :

• La vapeur d’eau est constituée uniquement de molécules d’eau qui sont toutes identiques : c’est un corps pur.

• L’air est constitué de différentes molécules (dioxygène et diazote principalement) : l’air est donc un mélange.

II. Propriétés des états gazeux, liquide et solide Un gaz est constitué de molécules. Celles-ci sont espacées et animées de mouvements désordonnés. Lors d’une compression, le nombre de molécules ne varie pas mais le volume occupé diminue. Lors d’une détente (ou expansion), le nombre de molécules ne change également pas, mais le volume qu’elles occupent augmente. Donc les molécules d’un gaz occuperont tout l’espace qui leur est offert.

Air comprimé : molécules moins espacées. Air détendu : molécules plus espacées.

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1ère Série

3èMe leçon

Dans un liquide, les molécules sont en contact les unes avec les autres mais les liaisons entre elles demeurent faibles. Ainsi les molécules sont toujours mobiles. L’état liquide est un état compact et désordonné.

• Dans un solide, les molécules sont liées et pratiquement immobiles. L’état

solide est un état compact et ordonné. La mobilité des molécules dans les gaz ou les liquides permet d’expliquer le fait que des gaz entre eux ou des liquides entre eux puissent se mélanger : c’est le phénomène de diffusion. Expérience caractérisant la diffusion de gaz

on enlève délicatement la plaque de verre

air (dioxygène + diazote)

séparation (plaque de verre)

gaz roux (dioxyde d’azote)

mélange d’air et de gaz roux Reprod

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1ère Série

3èMe leçon

III. CONSERVATION DE LA MASSE

Au cours d’une transformation physique tel un changement d’état, un mélange, la masse totale ne varie pas car le nombre de molécules reste le même. Exemple : un glaçon fondant dans un verre donnera de l’eau. La masse du glaçon et la masse de l’eau obtenue sera la même. Exercice 6 _______________________________________________________

Un ballon de football est gonflé avec de l’air à l’aide d’une pompe sans variation du volume du ballon. 1. L’air contenu dans le ballon est-il un mélange ou un corps pur ? 2. Comment ont varié la pression et la masse de l’air dans le ballon ?

______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________

Exercice 7 _______________________________________________________

Choisissez la bonne réponse.

- Dans un gaz les molécules sont : immobiles espacées - L’état liquide est : dispersé compact - A l’état solide les molécules sont : espacées rapprochées

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Première leçon : Les combustions

Deuxième leçon : La transformation chimique

2ème SÉRIE

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2ème Série

1ère leçon

LES COMBUSTIONS

I. Les combustions autour de nous De nombreuses substances comme le charbon, le gaz de ville, les forêts, etc. … brûlent dans l’air. C’est ce qu’on appelle une combustion. Les combustions dégagent de l’énergie sous forme de lumière et par l’augmentation de la température.

II. La combustion du carbone Expérience On réalise l’expérience suivante :

air

charbon incandescent

dioxygène

charbon

+

petites flammes

eau de chaux

précipité blanc

on agite

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2ème Série

1ère leçon

Observations Le charbon au préalable porté à incandescence reste incandescent : la

combustion du charbon se fait sans flamme. En présence du dioxygène, le charbon s’entoure de petites flammes et

d'étincelles. Sa combustion est plus rapide et plus vive et son volume diminue. et En ajoutant de l’eau de chaux, celle-ci se trouble en formant un précipité blanc.

Ce test montre la formation de dioxyde de carbone. Conclusion Lors de la combustion, le charbon a réagi avec le dioxygène pour donner un gaz : le dioxyde de carbone. Il y a eu une transformation chimique. Des réactifs ont été consommés et des produits se sont formés. les réactifs sont : carbone et dioxygène Ici le produit est : dioxyde de carbone Le carbone a joué le rôle de combustible et le dioxygène le rôle de comburant. Le bilan de la réaction de combustion du carbone s’écrit : carbone + dioxygène dioxyde de carbone réactifs produit

III. La combustion du butane

Expérience

buée

flamme

eau de chaux

eau de chaux se trouble

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2ème Série

1ère leçon

Observations Le butane contenu dans le briquet brûle dans l’air. Il y a apparition de buée sur les parois du récipient. L’eau de chaux versée se trouble. Conclusion Lors de la combustion du butane avec le dioxygène de l’air, il se forme de l’eau et du dioxyde de carbone. Le bilan de la combustion du butane s’écrit : butane + dioxygène eau + dioxyde de carbone réactifs produits Remarque : combustion du méthane Le gaz méthane contenu dans le gaz de ville, lors de sa combustion, donne les mêmes produits selon la réaction : méthane + dioxygène eau + dioxyde de carbone

IV. Combustions incomplètes Parfois, lorsque la quantité de dioxygène est insuffisante pour la combustion, d’autres produits peuvent se former. Dans ce cas, on dit que la combustion a été incomplète. Lors d’une combustion incomplète, en plus des produits comme l’eau et le dioxyde de carbone, il se forme du carbone et du monoxyde de carbone qui sont aussi combustibles. Le carbone est constitué par de fines particules solides noires. Le monoxyde de carbone est un gaz incolore et inodore qui est très toxique et peut être mortel. En résumé

• Si la combustion ne donne que du dioxyde de carbone et de l’eau alors la combustion est complète.

• Si la combustion produit en plus du carbone et du monoxyde de carbone alors la combustion est incomplète (dioxygène en quantité insuffisante).

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2ème Série

1ère leçon

Exercice 8 _______________________________________________________

Combustion du carbone. Pour faire brûler 1 gramme de carbone il faut 10 litres d’air. On a fait brûler 20

grammes de charbon de bois (que l’on considère comme du carbone pur).

1. Calculez le volume d’air nécessaire à cette combustion. En déduire la masse d’air correspondant (1 litre d’air pèse 1,3 g).

______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________

2. En considérant que l’air est constitué de 20% de dioxygène, calculez le

volume de dioxygène utilisé. ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________

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2ème Série

1ère leçon

3. Le gaz produit lors de la réaction trouble l’eau de chaux.

a. Quel est le nom du gaz obtenu ? ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________

b. Quel volume de ce gaz obtient-on en sachant que 1 g de carbone

produit 2 litres de ce gaz ? ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________

Exercice 9 _______________________________________________________

Combustion du méthane. Faites la correspondance entre les termes par une flèche (attention, plusieurs réponses peuvent être possibles). comburant dioxyde de carbone produit dioxygène combustible méthane réactif eau

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2ème Série

2ème leçon

LA TRANSFORMATION CHIMIQUE

I. Structure de la matière. Atome

Nous savons que la matière est constituée de particules microscopiques qui sont les molécules. Les chimistes ont montré que ces molécules sont constituées par des atomes liés entre eux. Par exemple, la molécule d’eau est constituée de deux atomes d’hydrogène et d’un atome d’oxygène. Chaque atome est caractérisé par un symbole. Ainsi, l’atome d’hydrogène se symbolise par la lettre H et l’atome d’oxygène par la lettre O. La molécule est identifiée par une formule indiquant la nature et le nombre d’atomes la constituant. Le nombre d’atomes est indiqué en bas à droite du symbole considéré dans la formule de la molécule. Ainsi, en reprenant la formule de la molécule d’eau, celle-ci s’écrira H2O, traduisant le fait qu’elle est constituée de 2 atomes d’hydrogène et 1 atome d’oxygène comme dit précédemment. Remarque : Les formules chimiques ne permettent pas de préciser les places relatives des atomes dans la molécule.

II. Tableau périodique des éléments

Il existe une grande variété d’atomes di fférents qui composent la matière. Les atomes se distinguent les uns des autres par leurs dimensions et par toutes les propriétés physiques et chimiques observables au niveau de la matière qu’ i ls constituent. On parle dans ce cas d’éléments chimiques. Ceux-ci ont pu être classés dans un tableau périodique des éléments initié par le chimiste Mendeleïev en 1869. Celui-ci cherchait des propriétés communes à plusieurs éléments chimiques pour constituer des famil les. Il réal isa ainsi ce tableau qui porte son nom. A l ’heure actuel le on dénombre 118 éléments chimiques différents.

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2ème Série

2ème leçon

Voici une partie de la classif ication périodique simpl i f iée des 20 premiers éléments.

H hydr ogène

He hé l i um

L i l i th i um

Be bér y l l i um

B bor e

C car bone

N Azote

O oxygène

F f l uor

Ne néon

Na sod ium

Mg magnés ium

A l a l umi n ium

Si s i l i c i um

P phosphor e

S Souf re

C l ch l o re

Ae argon

K pot ass ium

Ca ca l c i um

I. Transformations chimiques

Lors d’une transformation chimique, des composés réagissent ensemble pour former de nouveaux corps.

1. Combustion du carbone Lors de cette combustion, un atome de carbone va réagir avec une molécule de dioxygène. Celle-ci va se dissocier en deux atomes d’oxygène qui vont s’associer à l’atome de carbone pour former une molécule de dioxyde de carbone. Cette réaction peut se schématiser par le modèle : + atome de carbone molécule de dioxygène molécule de dioxyde de carbone Lors de la réaction chimique, les atomes constituant les réactifs se groupent de façon différente pour former les produits. A ce bilan de la transformation chimique va correspondre l’équation de la réaction donnée avec les formules des réactifs et des produits. B ilan : carbone + dioxygène dioxyde de carbone. Equation-bilan : C + O2 CO2 L’équation-bilan traduit la réaction chimique qui a eu lieu. Les nombres d’atomes de chaque sorte sont les mêmes à l’état initial et à l’état final (1 atome de carbone et 2 atomes d’oxygène dans les réactifs et dans les produits). On dit qu’il y a eu conservation du nombre des atomes dans les réactifs et dans les produits.

C O O O C O

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2ème Série

2ème leçon

2. Combustion du méthane Considérons le tableau traduisant cette réaction chimique.

REACTIFS PRODUITS Bilan méthane + dioxygène dioxyde de carbone + eau Modèles

+ +

Equation-bilan CH4 + 2O2 CO2 + 2H2O Pour respecter le fait que les nombres d’atomes de chaque sorte soient les mêmes à l’état initial et à l’état final, nous plaçons le nombre 2 devant les formules chimiques du dioxygène et de l’eau. Les nombres placés devant chaque formule sont appelés coefficients (le coefficient 1 est sous-entendu devant CH4 et CO2).

3. Equation-bilan

- Les équations-bilans traduisent la conservation du nombre des atomes au cours de chacune des réactions chimiques. On dit que les équations-bilans sont équilibrées.

- Les coefficients placés devant les formules chimiques des molécules nous renseignent

sur les nombres de molécules de réactifs utilisés et de produits formés au cours d’une réaction chimique.

III. Conservation de la masse Expérience balance tarée début de la réaction fin de la réaction Observation Si on plonge de la craie dans de l’acide chlorhydrique, celle-ci disparaît progressivement tandis que se produit une effervescence due à la formation d’un gaz : le dioxyde de carbone. On constate que la masse finale reste égale à la masse initiale (250 grammes). Si on enlève le bouchon, la masse devient inférieure car le gaz s’échappe.

0 g 250 g 250 g

acide chlorhydrique craie

H

H

H

H

O O O C O

O O

H O H

H O H

C

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2ème Série

2ème leçon

Conclusion Lors d’une réaction chimique, la masse des réactifs disparus est égale à celle des produits formés. On dit qu’il y a conservation de la masse. Exercice 10 _______________________________________________________

Equilibrez les équations-bilans suivantes en déterminant les coefficients x , y et z.

1. x CO + y O2 z CO2 ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________

2. 2 C4H10 + x O2 8 CO2 + 10H2O ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________

3. x C + y CO2 z CO ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________

Exercice 11 _______________________________________________________

Le dioxyde de carbone réagit à température élevée sur le carbone incandescent en donnant un gaz : le monoxyde de carbone de formule CO.

1. Ecrivez le bilan de cette réaction chimique en utilisant les noms des corps purs

______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________

2. Ecrivez l’équation-bilan de la réaction chimique avec les formules des composés.

______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________

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2ème Série

2ème leçon

Exercice 12 _______________________________________________________

Indiquez le nombre et la nature des atomes constituant les molécules suivantes : • acide citrique C6 H8 O7 • limonène C10 H16 • glucose C6 H12 O6

______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________

Exercice 13 _______________________________________________________

Dans les feuilles des végétaux, le dioxyde de carbone de l’atmosphère et l’eau du sol produisent en présence de lumière du glucose et du dioxygène. Cette transformation chimique est appelée la photosynthèse. L’équation-bilan de cette transformation est :

6 CO2 + 6 H2O C6 H12 O6 + 6 O2 1. Indiquez le nom des réactifs et des produits pour chaque formule.

______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________

2. Combien de molécules de dioxyde de carbone et de molécules d’eau

sont nécessaires pour fabriquer 3 molécules de glucose ? ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________ ______________________________________________________________________

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Première leçon : Intensité du courant

Deuxième leçon : Tension électrique

Troisième leçon : Adaptation en électricité

Quatrième leçon : La résistance électrique. La loi d’Ohm

3ème SÉRIE

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3ème Série

1ère leçon

INTENSITÉ DU COURANT

I. Mesure d’une intensité On réalise un montage comportant un générateur, un rhéostat et une lampe. Pour mesurer l’intensité du courant, on utilise un ampèremètre (ou un multimètre sur la fonction ampèremètre).

- Le symbole normalisé de l’ampèremètre est : - Le rhéostat est un dipôle permettant de faire varier l’intensité du courant. Il est

symbolisé par :

- La lampe est schématisée par le symbole : - Le générateur est symbolisé par ou

Par convention, dans un circuit électrique, le courant électrique circule de la borne positive (+) vers la borne négative (-), à l’extérieur du générateur. Construisons un circuit avec un générateur, un rhéostat et une lampe, auquel on y adjoint un ampèremètre branché en série. Celui-ci est branché de telle sorte que le courant sorte par la borne COM.

Dans le cas , le circuit est ouvert : Dans le cas , le circuit est fermé : - La lampe est éteinte ; - la lampe brille ; - Le courant ne circule pas ; - un courant circule dans le circuit électrique ; - L’ampèremètre indique zéro. - l’ampèremètre indique une valeur ;

- si on modifie le réglage du rhéostat, on fait varier la valeur lue sur l’ampèremètre ainsi que l’éclat de la lampe.

A

+ - G

+ -

A

±

COM A

±

COM

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3ème Série

1ère leçon

Conclusion - L’intensité d’un courant électrique se mesure avec un ampèremètre branché en

série. - Lorsque l’intensité du courant varie, l’éclat de la lampe varie également. La lampe

brille plus si l’intensité augmente. - L’unité d’intensité est l’ampère de symbole A. Un sous-multiple couramment utilisé

est le milliampère : 1 mA = 0,001A.

II. Intensité du courant dans un circuit en série Un circuit en série est constitué par des dipôles branchés les uns à la suite des autres formant une boucle simple. Expérience : On réalise les montages en série avec un générateur et 2 lampes. A chaque montage on branche un ampèremètre en série à différents endroits du circuit afin de mesurer l’intensité.

- + - + I3 - +

I1

COM

COM I2

A

G

A

G A G

On remarque que pour chaque mesure effectuée on a la même intensité soit I1 = I2 = I3. Si les deux lampes sont identiques, elles brillent de la même façon. Si elles sont différentes, elles brillent différemment tout en étant traversées par le même courant. Conclusion Dans un circuit en série, l’intensité du courant électrique est la même en tout point du circuit : ceci représente la loi d’unicité de l’intensité. Remarque Une lampe supplémentaire ajoutée dans le circuit produirait une diminution de l’intensité et donc provoquerait une baisse de l’éclat de l’ensemble des lampes.

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3ème Série

1ère leçon

- + I1

I2

I3

A B

A1

G

A2

A3

III. Intensité du courant dans un circuit en dérivation

Expérience : On réalise le montage suivant en utilisant trois ampèremètres et deux lampes identiques.

Le circuit en dérivation possède une branche principale qui contient le générateur et des branches dérivées se rejoignant aux points A et B que l’on appelle des nœuds. Observation On constate que les ampèremètres indiquent : I1 = 0,2 A I2 = 0,1 A I3 = 0,1 A On a donc : I1 = I2 + I3.

Conclusion Dans un circuit en dérivation, l’intensité dans la branche principale est égale à la somme des intensités des courants dans les branches en dérivation : ceci représente la loi d’additivité des intensités. Remarques

IV. Une lampe en dérivation supplémentaire dans le circuit produit une augmentation de l’intensité dans la branche principale ; les intensités dans les branches en dérivation ne varient pas.

V. Nos habitations sont équipées avec des circuits en dérivation. VI. Quand trop d’appareils sont branchés sur une multiprise, ceux-ci étant branchés

en dérivation, l’intensité du courant arrivant à la multiprise devient très importante. Le fort courant peut provoquer un échauffement des fils conducteurs et donc entraîner un incendie. Par conséquent, il peut être dangereux de faire fonctionner plusieurs appareils sur une même prise de courant.

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