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  1. La chimie : Science de la transformation de la matière

    (QCM notions de Quatrième)

    Première partie : Conduction électrique

    1. Conduction électrique et structure de la matière
      1. Utilisation des métaux

        Les métaux les plus couramment utilisés sont :

        Le fer L'aluminium L'argent
        Le cuivre Le zinc L'or

        Particularités :

        • Le fer est attiré par un aimant
        • Le cuivre a une couleur rouge/orangé
        • L'aluminium est très peu dense
        • Le zinc protège de l'oxydation (essentiellement le fer)
        • L'argent est le métal le plus conducteur
        • L'or a une couleur jaune, est inaltérable

      2. Quels sont les matériaux conducteurs ?

        On peut tester la conductivité des matériaux à l'aide de deux méthodes :

        Résultats :

        Matériau Méthode 1 Méthode 2
        Fer Oui Oui
        Mousse Non Non
        Cuivre Oui Oui
        Zinc Oui Oui
        Plexiglass Non Non
        Bois Non Non
        Mine de crayon Oui Oui
        Or Oui Oui
        Argent Oui Oui
        Eau distillée Non Non

        Remarque :
        Tous les métaux sont conducteurs, mais tous les conducteurs ne sont pas des métaux (ex : le graphite) !

      3. L'électron et la conduction électrique dans les solides

        L'atome est composé d'un noyau autour duquel des électrons circulent.

        Presque toute la masse de l'atome est contenue dans le noyau.

        Dans un métal, les atomes sont empilés régulièrement.
        Cela permet à certains électrons de « sauter » d'atome en atome.
        Le courant représente la circulation de ces électrons dans le conducteur.

        Attention : les électrons circulent dans le sens inverse du sens conventionnel du courant :

      4. L’ion et la conduction électrique dans les liquides
        1. Toutes les solutions aqueuses conduisent-elles l’électricité ?
          Eau distillée Eau salée Eau sucrée Eau + Sulfate de cuivre
          Non Oui Non Oui

          L’eau distillée et l’eau sucrée sont constituées de molécules électriquement neutres.

          L’eau salée et l'eau dans laquelle on a dissout du sulfate de cuivre contiennent des ions porteurs de charges électriques.
          Les solutions de ce type sont appelées solutions ioniques.

          Les électrons ne circulent pas dans la solution.
          Les ions chargés positivement se déplacent dans le sens conventionnel du courant, les ions chargés négativement dans le sens inverse.

        2. Constitution et formule des ions

          Un atome est électriquement neutre. La charge positive du noyau compense les charges négatives des électrons.

          En gagnant au moins un électron, l'atome va se charger négativement. Il deviendra un ion négatif ou anion.
          Ex : l’ion chlorure Cl- est un atome de chlore qui a gagné un électron.

          En perdant au moins un électrons, il va se charger positivement. Il deviendra un ion positif ou cation.
          Ex : l’ion sodium Na+ est un atome de sodium qui a perdu un électron.

          Exercices 4p57 et 8p40

        3. Identification des ions

          La soude et le nitrate d’argent nous permettent d’identifier certains ions.

          Formule de l'ion Cl- Cu2+ Fe2+ Fe3+
          Détecteur Nitrate d'argent Soude Soude Soude
          Couleur du précipité Blanc, noircit à la lumière Bleu Vert Rouille

          Conventions d'écriture :

          Un ion portant une seule charge (+ ou -) sera noté avec le symbole correspondant en exposant.
          Ex : Cl-, I-, Na+, K+

          Un ion portant plusieurs charges (+ ou -) sera noté avec le nombre de charge suivi du signe en exposant.
          Ex : Fe3+, Cu2+

          Exercices : 4p57 – 8p40


    2. Solutions acides, solutions basiques
      1. Introduction

        Il existe naturellement dans l’eau des ions hydrogène H+ et des ions hydroxyde HO-.

        • S’il y a autant d’ions H+ que d’ions HO-, la solution est neutre.
        • Si les ions H+ sont majoritaires, la solution est acide.
        • Si les ions HO- sont majoritaires, la solution est basique.


      2. Le pH

        Pour comparer l’acidité de plusieurs solutions entre elles, on utilise le pH.

        Le pH d'une solution peut être mesuré à l'aide d'un pH-mètre ou de papier pH.

        Que se passe-t-il si l’on dilue une solution acide ?

        • Le pH de la solution augmente.
        Que se passe-t-il si l’on dilue une solution basique ?
        • Le pH de la solution diminue.
        Que se passe-t-il si l'on dilue une solution de pH neutre ?
        • Le pH ne variera pas.
        => La dilution rapproche le pH de 7 (pH neutre, celui de l’eau pure).

        Dangers relatifs aux acides et aux bases :
        Activité 4 p 65
        1. Quels sont les dangers des acides et des bases concentrés ?

          Les dangers des acides et des bases concentrés sont essentiellement des brûlures de la peau, et des muqueuses en cas d'inhalation ; perte de la vue.

        2. Les bases concentrées sont-elles moins dangereuses ?

          Non, les bases concentrées sont aussi dangeureses que les acides concentrés puisque les risques sont les mêmes.

        3. Quel dommage irréversible permet d’éviter le port de lunettes ?

          Le port des lunettes permet de protéger les yeux et donc d'éviter une cécité définitive.

        4. Les récipients contenant un acide ou une base concentrés comportent tous le même pictogramme, que signifie-t-il ?
          Ce pictogramme signifie que le produit est corrosif. Cela veut dire qu'il va ronger les matériaux avec lesquels il est en contact.


      3. Réaction entre l’acide chlorhydrique et le fer

        Lorsque l’on plonge une lame de fer dans une solution d’acide chlorhydrique, on observe un dégagement gazeux.

        On peut donc écrire la réaction sous la forme :

        Fer + Acide Chlorhydrique dégagement gazeux

        Comment récupérer le gaz formé ?
        On peut réaliser un montage par déplacement d’eau :

        Lorsque l’on présente une flamme devant le tube à essai, on entend un bruit ressemblant à un aboiement : il est caractéristique du dihydrogène H2.

        Les ions H+ en solution réagissent avec le fer :

        2H+ + Fe H2

        L’équation n’est pas équilibrée, que devient le fer ?
        Si l’on met quelques gouttes de la solution dans un tube contenant de la soude, on observe un précipité vert.
        La solution contient donc des ions Fe2+.

        Finalement, la réaction s’écrit :

        2H+ + Fe H2 + Fe2+

        En savoir un peu plus sur le dihydrogène
        Document p82

        1. Justifie le nom donné au dihydrogène par Antoine Laurent de Lavoisier.
        2. La combustion du dihydrogène dans le dioxygène de l'air produit de l'eau. En observant cela, Antoine Laurent de Lavoisier l'a donc appelé "le gaz qui génère de l'eau", hydrogène en grec.

        3. Ecris le bilan de la réaction de combustion du dihydrogène dans le dioxygène de l'air.
        4. Dihydrogène + Dioxygène Eau
          On peut également écrire 2 H2 + O2 2 H2O

        5. Pourquoi est-ce un carburant intéressant pour les fusées ?
        6. Pour envoyer un satellite en orbite, il faut une très grande quantité de carburant. Et il faut encore plus de carburant pour emporter le carburant !
          Ainsi la majorité de la masse d'une fusée est en fait du carburant.
          En prenant un carburant plus énergétique à masse égale, il est donc possible de fabriquer des fusées plus légères, et donc moins chères.
          C'est ce qui rend le dihydrogène intéressant.
          Remarque : Dans l'espace, il n'y a pas de dioxygène : les fusées sont donc obligées de stocker leurs propres réserves de dioxygène pour brûler leur carburant, ce qui ajoute encore à leur masse.

        7. Pourquoi l'utilisation du dihydrogène comme carburant pour les voitures permettrait-il de limiter les émissions nocives actuellemtn liées au trafic routier ?
        8. La combustion du dihydrogène ne produit pas de dioxyde de carbone, gaz à effet de serre, ni les autres gaz nocifs produits par les essences actuelles. Une voiture roulant au dihydrogène ne pollue donc presque pas l'environnement

    3. Piles et énergie chimique
      1. Introduction
      2. Une pile est un objet capable de transformer l’énergie d’une réaction chimique en énergie électrique.

        Energie d’une réaction chimique ?
        • Si l’on plonge une plaque de zinc dans une solution de sulfate de cuivre, celle-ci se recouvre d’un dépôt marron/orange : du cuivre.

        • Si l’on plonge de la poudre de zinc dans du sulfate de cuivre, la solution se décolore et la température augmente.

        • Il y a donc une réaction entre la solution de sulfate de cuivre et le zinc, et cela produit une énergie thermique.

        Etude de la réaction :

          Les ions cuivres Cu2+ présents dans la solution vont capter les électrons des atomes de zinc : le cuivre va devenir métal et le zinc partira sous forme d’ions Zn2+ dans la solution.

          Schéma :

          Cu2+ + Zn Cu + Zn2+

        Mise en évidence des ions zinc II en solution :
        Avec quelques gouttes de soude, on voit un précipité blanc apparaître.

      3. Constitution d'une pile
      4. En plongeant deux lames de métal dans une solution ionique, un voltmètre mesure une tension.

        Les plaques de métal sont appelées électrodes.
        La solution est appelée électrolyte.

         

      5. Fonctionnement d’une pile
      6. Une pile utilise la réaction Cu2+ + Zn Zn2+ + Cu.
        Le zinc (métal) disparaît donc pour se transformer en ions Zn2+.
        On dit que la pile « consomme » du zinc.

        Lorsque la pile n’est pas branchée, les électrons ne peuvent pas circuler, la réaction n’a pas lieu.
        C’est pourquoi une pile ne s’use pas quand on ne l’utilise pas.

        On récupère l’énergie chimique de la réaction sous forme :
        - Électrique : c’est l’énergie utile.
        - Thermique : la pile chauffe, c’est de l’énergie perdue.

      7. Schéma d’une pile du commerce :
      8. Remarque :
        On trouve dans le commerce des piles salines et des piles alcalines. Les piles alcalines stockent plus d’énergie.
        La différence vient de l’électrolyte qui est acide pour les piles salines et basique pour les piles alcalines

      9. Les différentes sortes de piles
      10. Document p96
        1. Quel est l'avantage des piles lithium ?
        2. Les piles au lithium permettent de garder une tension élevée pendant plus de temps que les piles alcalines. Cela permet de faire fonctionner des appareils demandant beaucoup de puissance.

        3. Explique pourquoi certaines piles jugées "vides" pourraient encore servir. Dans quels types d'appareils ?

          Certaines piles utilisées sur des appareils demandant beaucoup d'électricité comme les consoles portables, pourraient encore fonctionner sur des appareils demandant moins d'électricité, comme les télécommandes.

        4. Pourquoi l'expression "pile rechargeable" est-il impropre ?

          Dans une pile, les réactifs sont consommés. Elle ne peut donc pas être réutilisée. Une pile n'est pas rechargeable.

        5. "Un accumulateur fonctionne de manière réversible". Qu'est-ce que cela veut dire ?

          Cela signifie qu'un accumulateur peut fonctionner à la fois comme générateur (fonctionnement normal) et comme récepteur électrique (lorsqu'on le charge).

        6. Pourquoi est-il important de ne pas jeter les piles usagées n'importe où ?

          Les piles contiennent des produits polluants, mais elles sont également recyclables, ce qui justifie de ne pas les jeter dans la nature.

         

      11. Une autre utilisation du dihydrogène
      12. Document p97
        1. Quels sont les deux réactifs permettant de faire fonctionner la pile à combustible ? Quel est le produit ? Ecris le bilan.
        2. Les deux produits permettant de faire fonctionner une pile à combustible sont le dioxygène (O2) et le dihydrogène (H2).
          Le produit formé est l'eau (H2O).
          Le bilan est : 2 H2 + O2 2 H2O.

        3. Pourquoi cette pile, contrairement à une pile ordinaire, n'a-t-elle pas besoin d'être remplacée ?
        4. Contrairement à une pile ordinaire, les réactifs ne sont pas stockés à l'intérieur de la pile. Ils sont apportés en continu.

        5. Pourquoi qualifie-t-on la pile à dihydrogène de pile "propre" ?
        6. Contrairement aux autres piles, qui contiennent des produits polluants, la pile à combustible n'en contient pas, et elle ne fabrique que de l'eau.

    4. Synthèses d'espèces chimiques
      1. Quel intérêt ?
      2. Document "Arômes naturels et arômes de synthèse" p108

        1. Définis ce que sont les arômes.
        2. Les arômes sont des substances chimiques qui donnent à nos aliments leur goût et leur odeur.

        3. L'arôme naturel de banane est-il un corps pur ? Justifie ta réponse.
        4. Un corps pur ne contient qu'une seule substance chimique. L'arôme de banane n'est pas un corps pur car il contient plus de cent substances différentes.

        5. "Un arôme de synthèse est une reproduction simplifiée de l'arôme naturel". Justifie cette affirmation.
        6. Un arôme naturel contient couramment plusieurs dizaines à plusieurs centaines de substances différentes. Un arôme de synthèse n'en contient que quelques unes, ce qui en fait une reproduction simplifiée.

        7. Pourquoi les arômes naturels sont-ils moins utilisés que les arômes de synthèse ?
        8. Compte tenu de la difficulté à se procurer et à extraire les arômes naturels des plantes et des fruits, il est beaucoup moins cher de fabriquer des arômes de synthèses. Cela explique l'omniprésence des arômes de synthèse dans les produits premiers prix.

        9. Qu'est-ce que l'éthylvanilline ? Quel est son intérêt par rapport à la vanilline ?
        10. L'éthylvanilline est un arôme de synthèse au gaoût identique à l'arôme de vanille, la vanilline. Son intérêt réside dans le fait que son pouvoir gustatif est beaucoup plus grand que celui de la molécule naturelle.

        Document "Le premier textile synthétique : le nylon" p109

        1. Explique en quoi consiste la polymérisation.
        2. La polymérisation consiste à faire un assemblage d'un très grand nombre de molécules courtes (appelée monomère) en une seule très grande molécule (le monomère).

        3. Les chimistes américains inventent le Nylon pour "remplacer" une matière première rare et plus coûteuse : laquelle ?
        4. Le Nylon a été crée pour remplacer la soie, fabriquée par le ver à soie (voir à ce propos le site du musée de la soie à Saint Hippolyte du Fort).

        5. Quel vêtement popularisa le Nylon ?
        6. Le vêtement qui popularisa le Nylon est le bas

        7. Justifie l'expression "disparition programmée du pétrole" utilisée dans la dernière phrase du texte.
        8. Les ressources en pétroles sont limitées, et il est probable que dans un avenir proche il n'y aura plus de pétrole.

      3. Synthèse d'une molécule odorante : l'acétate d'isoamyle
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      5. Synthèse d'un polymère : le Nylon
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