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au lycée  
 
 

  1. De l'air qui nous entoure à la molécule

    1. Composition de l'air
      1. Activité 2p28
        • Le premier a avoir déterminé la composition de l’air est le chimiste français Antoine Laurent de Lavoisier.
        • Les constituants de l’air qu’il a identifiés sont le dioxygène (17%) et le diazote (83%).
        • Actuellement le taux de dioxygène est de 20,93% et le taux de diazote est de 78,09%. Les mesures de Lavoisier n’étaient pas précises.
        • L’air est un mélange car il contient plusieurs gaz.

        Si l'air était un tableau de 100 cases, il se décomposerait de cette façon :

      2. Activité 4p30
        • Pour Robert Boyle, le constituant nécessaire à la vie s'appelait « l’air vital ».
        • Le véritable nom de « l’air vital » est le dioxygène.
        • Le dioxygène est nécessaire à notre organisme pour produire de l'énergie.
        • L’effort physique est plus difficile en haute altitude car il y a moins de dioxygène à respirer.
        • Pour aider les patients, les médecins peuvent leur donner de l’oxygène pur à respirer.
    2. Volume et masse de l'air
      1. Nature d’un gaz

        L’état gazeux est un état de la matière.
        Si on les refroidit suffisamment, le diazote et le dioxygène peuvent devenir liquide (N2 : - 210°C, O2 : - 219°C).

      2. Forme propre, volume propre

        Un solide conserve sa forme : on dit qu’il a une forme propre.

        Un liquide adopte la forme de son contenant : il n’a pas de forme propre.
        Il n’est en revanche pas possible de le comprimer : il a un volume propre.

        Un gaz, compressible, n’a pas de volume propre.

      3. L’air a-t-il une masse ?

        Dans les conditions atmosphériques normales, 1 litre d’air a une masse d’environ 1,2 grammes.

      4. La pression atmosphérique

        La pression atmosphérique est la force qu’exercent les gaz de l’air sur la surface de la Terre.
        Une pression se mesure à l’aide d’un manomètre.
        L’unité de la pression est le Pascal (Pa).
        La pression atmosphérique normale est de 101,3 kPa (101300 Pa).

        Remarque météo : lorsqu’il pleut, la pression est plus faible.

        101 300 Pa 99 000 Pa
    3. Le modèle moléculaire
      1. Qu’est-ce qu’une molécule ?

        C’est le plus petit constituant d’un gaz, d’un liquide ou d’un solide.
        Voici quelques molécules :

        Dioxygène Eau Diazote Dioxyde de carbone
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      2. Interprétation des états de l'eau

        L’agencement des molécules d’eau explique les différents états de l’eau :

        Glace Eau liquide Vapeur d'eau


        • L'état solide est compact et ordonné.
        • L'état liquide est compact mais désordonné.
        • L'état gazeux est dispersé et désordonné.

      3. La pression expliquée par les molécules

        Animation :
        Animation disponible sur le site de JP Fournat.

        Les molécules d’un gaz sont en mouvement.
        En rebondissant contre les surfaces, elles créent une poussée : c’est la pression.
        En diminuant le volume d’un gaz, les particules rencontrent plus souvent les surfaces : la pression augmente.

      4. Les mélanges expliqués par les molécules.

        Deux gaz sont enfermés dans des compartiments distincts. Les molécules se déplacent dans ces compartiments.
        Lorsqu'une ouverture est créée entre les compartiments, des molécules de chaque gaz commencent à passer dans le compartiment voisin.
        Au bout d'un certain temps, il y a autant de molécules de chaque gaz dans les deux compartiment, le mélange est terminé.

        Schéma :



      5. L'origine des vents

        Activité p50.

    4. Qu'est-ce que brûler ?
      1. Gaz et fumée

        Lorsque l’on brûle du papier, on ne peut pas voir les gaz. On voit en revanche une fumée blanche ou noire.
        Si l’on fait passer cette fumée à travers un filtre, celui-ci noircit.
        Les particules de poussière sont trop grosses pour passer à travers.

        Schéma :

        Combustible et comburant
      2. Définition :

        • Le combustible brûle (exemple : essence, bois ...)
        • Le comburant fait brûler (dioxygène de l'air)

        Pourquoi une bougie s’éteint-elle au fond d’un verre ?

        Lorsque la bougie brûle, de la matière blanche disparaît : c’est le combustible.
        Elle ne brûle plus en l’absence de dioxygène : c’est le comburant.

         

      3. Reconnaître les produits de la combustion
      4. Lorsque l’on verse de l’eau de chaux dans un bocal dans lequel on a laissé une bougie s’éteindre, on observe qu’elle se trouble.

        Lorsque l’on souffle avec une paille dans de l’eau de chaux, on observe le même trouble.

        En revanche, lorsque l’on fait barboter de l’air dans de l’eau de chaux, celle-ci ne se trouble pas.

        L’eau de chaux se trouble en présence de dioxyde de carbone.

        Une combustion ainsi que la respiration produisent du dioxyde de carbone.

         

      5. Combustion et chaleur
      6. Questions sur le document "Combustibles et quantités de chaleur" p64

        1. Quel est l'intérêt majeur des combustions dans la vie quotidienne ?
        2. Les combustions dans la vie quotidienne servent principalement à se chauffer et à cuisiner.

        3. Qu'est-ce que le pouvoir calorifique d'un combustible ?
        4. Le pouvoir calorifique d'un combustible correspond à la quantité de chaleur que dégagera la combustion d'une quantité donnée de ce combustible

        5. Combien de kilojoules libèrera la combustion complète de 1kg de fuel domestique ?
        6. 1 kg de fuel domestique libérera presque 49 000 kJ.

        7. Pourquoi vaut-il mieux brûler du bois sec que du bois humide ?
        8. L'expérience nous montre qu'il est plus facile d'allumer du bois sec que du bois humide. Le tableau de valeur nous confirme l'expérience : 1kg de bois sec dégage 18000kJ alors qu'un kilogramme de bois humide dégage 12000 kJ.

         

      7. Sécurité et incendie
      8. Questions sur le document "Triangle du feu et lutte contre l'incendie" p66

        1. Rappelle les trois éléments indispensables à toute combustion :
        2. Les trois éléments indispensables à toute combustion sont :

          • Le combustible : ce qui brûle
          • Le comburant : ce qui fait brûler
          • L'énergie d'activation : ce qui va faire démarrer la combustion (étincelle, flamme, source de chaleur)

        3. Pourquoi peut-on représenter une combustion par un "triangle du feu" ?

        4. On utilise le triangle du feu pour représenter une combustion, car il y a 3 éléments nécessaires. Comme une combustion est dangeureuse, on utilise un triangle, symbole de danger dans le code de la route.

        5. La plupart des incendies domestiques naissent dans les cuisines, justifie.
        6. Dans les cuisines sont présents des combustibles (gaz, produits ménagers), des sources d'énergie d'activation (cuisinière, four, micro-ondes). Cela facilite le démarrage des combustions.

        7. Si le contenu d'une casserole s'enflamme, montre que chaque consigne à suivre vise à éliminer un des côtés du "triangle du feu".
        8. - "Eloigner le plat de la cuisinière" permet de supprimer le combustible.
          - "Etouffer les flamme avec un torchon humide ou un couvercle" permet de supprimer l'apport de dioxygène, c'est-à-dire le comburant.
          - "Eteindre la cuisinière" permet de supprimer l'énergie d'activation.

         

        Questions sur le document "le monoxyde de carbone" (document)

        1. A quelle condition une combustion fabrique-t-elle du monoxyde de carbone ?
        2. Une combustion fabrique du monoxyde de carbone s'il n'y a pas assez de dioxygène ou qu'il n'y a pas assez de brassage de l'air.

        3. Est-il facile de détecter la présence de monoxyde de carbone dans une pièce ?
        4. Il est difficile de détecter la présence de monoxyde de carbone dans une pièse car ce gaz est incolore (invisible), inodore (pas d'odeur) et sans saveur.

        5. Pourquoi est-il dangereux ?
        6. Il prend la place du dioxygène dans le sang. Les organes ne peuvent plus respirer et meurent.

        7. Quelles sont les précautions à prendre lorsque l'on utilise un appareil à combustion dans une maison ?
        8. Lorsque l'on utilise un appareil à combustion dans une maison, il faut veiller à garder une bonne ventilation pour éviter de fabriquer du monoxyde de carbone.

        9. Quels sont les inconvénients des appareils de détection ?
        10. Les appareils de détection sont très peu sensibles et ne sont pas capables de détecter des concentrations faibles, mais dangeureuses.

        Conclusion

        Le triangle du feu : C'est un moyen de se rappeler comment fonctionne une combustion et quels sont les éléments nécessaires.

        Combustible
        Comburant Energie d'activation
      9. Combustions particulières
      10. La grande majorité des produits qui nous entourent sont composés de carbone (bois, plastique, essence, …).

        Leur combustion avec le dioxygène de l’air produit donc du dioxyde de carbone.

        Combustion du carbone (charbon)
        La combustion complète du carbone dans le dioxygène ne produit que du dioxyde de carbone.

        Combustion des gaz de cuisson
        Pour la cuisson, on utilise principalement trois gaz : le propane, le butane et le méthane (ou gaz de ville).
        La combustion de ces gaz produit du dioxyde de carbone, mais également de la vapeur d’eau.
        Exemple : dans cette vidéo, on voit clairement l'apparition de buée sur le verre.
        Si la combustion est incomplète, de la suie se forme.
        Exemple : dans cette vidéo, on voit clairement l'apparition de buée, puis de suie noire sur le verre.

    5. Atomes et transformations chimiques
      1. Introduction
      2. Lors d’une combustion les réactifs (combustible, comburant) disparaissent et les produits (dioxyde de carbone, eau) apparaissent : une combustion est une réaction chimique.

        Les réactifs et les produits sont composés de molécules, elles-mêmes composées d’atomes.

        Une réaction chimique est un réarrangement de ces atomes.

      3. Ecriture
      4. Les atomes sont représentés par des symboles :

        Carbone : C
        Oxygène : O
        Hydrogène : H
        Azote : N

        Les molécules sont représentées par des formules correspondant au nombre de chaque atome présent (en indice) :

        Dioxygène : O2
        Eau : H2O
        Dioxyde de carbone : CO2
        Butane : C4H10

         

      5. Ecrire une réaction chimique
      6. Le symbole

        Il représente la transformation chimique des réactifs en produits.

        Réactif1 + Réactif2 + … Produit1 + Produit2 + …

        Exemple : Combustion du carbone dans le dioxygène de l’air

        C + O2 CO2

        Conservation des atomes

        Lors d’une réaction chimique, les atomes sont conservés.
        Il y en a autant dans les réactifs que dans les produits.

        Exemple : combustion du dihydrogène dans le dioxygène

        H2 + O2 H2O 2 H2 + O2 2 H2O
        Bilan : Bilan :
        Réactifs Produits Réactifs Produits
        Hydrogène 2 2 Hydrogène 4 4
        Oxygène 2 1 Oxygène 4 2

         

        Exercice : combustion du méthane dans le dioxygène

        CH4 + O2 H2O + CO2 CH4 + 2 O2 2 H2O + CO2

        ... et pour le butane ?

        Le butane a pour formule C4H10 et sa combustion dans le dioxygène de l'air produit du dioxyde de carbone et de l'eau.

        On peut donc écrire une réaction :

        C4H10 + O2 CO2 + H2O 2 C4H10 + 13 O2 8 CO2 + 10 H2O

        Bilan : Bilan :
        Réactifs Produits Réactifs Produits
        Hydrogène 10 2 Hydrogène 20 20
        Oxygène 2 3 Oxygène 26 26
        Carbone 4 1 Carbone 8 8
      7. Conservation de la masse
      8. Que se passe-t-il lorsqu'une craie est plongée dans du vinaigre ?

        La masse totale du mélange a-t-elle changée ?