Physique

Série d'exercices sur les Masses : masse volumique et densité - 4e

Classe: 
Quatrième
 

Exercice 1

Compléter le texte ci-dessous par les mots, groupes de mots ou symboles suivants :
 
gramme, masses marquées, le centigramme, quintal, décakilogramme, masse, le kilogramme , $kg$, décroissant, sous multiple, $t\;,\ 1\,000$, hectogramme, décagramme.
 
$\centerdot$ La balance permet de déterminer la $\ldots\ldots$ d'un objet.
 
$\centerdot$ La masse a pour unité internationale $\ldots\ldots$ de symbole $\ldots\ldots$
 
$\centerdot$ Le décigramme est $\ldots\ldots$ du kilogramme alors que la tonne, de symbole $\ldots\ldots$ en est $\ldots\ldots$ et vaut $\ldots\ldots kg.$
 
$\centerdot$ Les autres sous multiples sont : $\ldots\ldots$, $\ldots\ldots$
 
$\centerdot$ Les multiples restant sont : $\ldots\ldots$ et $\ldots\ldots$
 
$\centerdot$ Avec une balance Roberval, lors de la pesée, on utilise des $\ldots\ldots$ $\ldots\ldots$ pour rééquilibrer la balance.
 
$\centerdot$ Les masses marquées sont posées dans l'ordre $\ldots\ldots$

Exercice 2

Encadrer la lettre correspondant à la ou les bonnes réponses dans les questions :
 
1) La masse d'un objet peut s'exprimer en :
 
a) kilogramme ; 
 
b) mètre cube ; 
 
c) kilogramme par mètre cube ; 
 
d) gramme
 
2) La tonne est :
 
a) l'unité du système internationale de masse 
 
b) un multiple du kilogramme
 
c) un sous multiple du kilogramme 
 
d) égale à mille kilogrammes
 
3) Pour déterminer la masse d'une voiture, on utilise :
 
a) une balance Roberval 
 
b) une bascule 
 
c) un pont bascule
 
4) La masse d'un objet à Dakar est $15\;kg.$ 
 
Sa masse au nord de la France sera :
 
a) plus grande ; 
 
b) plus petite ; 
 
c) la même

Exercice 3

1) En utilisant les puissances de 10, convertir puis donner l'écriture scientifique :
 
a) $14\;hg=\ldots g$ ;
 
b) $25\;dag=\ldots kg$ ; 
 
c) $1950\;mg=\ldots g$ ;
 
d) $2.5\;kg=\ldots g$ 
 
e) $150\;g=\ldots mg$ ; 
 
f) $27\;cg=\ldots mg=\ldots hg$
 
2) On a déterminé la masse d'un objet à l'aide d'une balance Roberval. 
 
Sachant que la masse trouvée est de $m=278\;g$ quelles sont les masses marquées qui sont sur le plateau à la fin de la pesée si la boîte de masses marquées contenait :
 
$500\;g-200\;g\ 100\;g-100\;g\ 50g-20\;g-10\;g-10\;g-5\;g-2\;g-2\;g-1\;g$

Exercice 4

Compléter le texte ci-dessous par les mots, groupes de mots ou symboles suivants : 
 
le volume, kilogramme par mètre cube, une constante, masse volumique, variable, $kg\cdot m^{-3}$, la masse.
 
$\centerdot$ La masse de l'unité de volume est appelé $\ldots\ldots$
 
$\centerdot$ La masse volumique s'exprime en $\ldots\ldots$ de symbole $\ldots\ldots$
 
$\centerdot$ Pour calculer la masse volumique d'une substance ou d'un corps, on fait le rapport entre $\ldots\ldots$ et $\ldots\ldots$
 
$\centerdot$ La masse volumique d'un corps pur est $\ldots\ldots$ alors qu'elle est $\ldots\ldots$ pour un mélange.

Exercice 5

Encadrer la lettre correspondant à la (ou les) bonne (s) réponse (s) dans les questions suivantes :
 
1) La masse volumique $\rho\text{(rho)}$ d'une substance de masse $m$ et de volume $V$ a pour expression :
 
a) $\rho=\dfrac{m}{V}$ ;
 
b) $\rho=\dfrac{V}{m}$ ;
 
c) $r=m\;V$
 
2) A partir de l'expression de la masse volumique, la masse s'obtient par :
 
a) $m=\dfrac{\rho}{V}$
 
b) $m=\dfrac{V}{\rho}$
 
c) $m=\rho\;V$
 
3) A partir de l'expression de la masse volumique, le volume s'obtient par :
 
a) $V=m\rho$
 
b) $V=\dfrac{m}{\rho}$
 
c) $V=\dfrac{\rho}{m}$

Exercice 6

1 La masse d'un volume $V=0.5\;L$ d'essence est $0.35\;kg.$
 
a) Donner l'expression de la masse volumique.
 
b) Calculer la masse volumique de l'essence en $kg\cdot L^{-1}$ puis en $kg\cdot m^{-3}$ et en $g\cdot L^{-1}.$
 
2) Calculer le volume en $dm^{3}$ de $58.5\;kg$ de fer si la masse volumique du fer est $7.8\;g\cdot cm^{-3}$
 
3) Quel est la masse de $350\;cm^{3}$ d'aluminium sachant que la masse volumique de l'aluminium est $2700\;g\cdot dm^{-3}.$

Exercice 7

On veut déterminer la masse volumique de l'essence. 
 
Les opérations de pesage $A\;,\ B\text{ et }C$ ci-dessous ont été réalisées :
 
 
Observer bien les schémas puis répondre à cette série de questions en choisissant la bonne réponse dans chaque cas.
 
1) Dans l'opération $A$ on a pesé la masse de :
 
a) Éprouvette ; 
 
b) Essence ; 
 
c) Eau.
 
2) Dans l'opération $B$ on a pesé la masse de :
 
a) Essence 
 
b) Éprouvette plus essence 
 
c) Eau.
 
3) Dans l'opération $C$ on a pesé la masse de :
 
a) Eau ; 
 
b) Éprouvette plus eau ; 
 
c) Éprouvette
 
La masse de l'essence est :
 
a) $m_{ess}=m_{3}-m_{1}$ 
 
b) $m_{ess}=m_{3}-m_{2}$ ; 
 
c) $m_{ess}=m_{2}-m_{1}$
 
5) La masse de l'eau est :
 
a) $m_{eau}=m_{3}-m_{1}$ 
 
b) $m_{eau}=m_{3}-m_{2}$ 
 
c) $m_{eau}=m_{2}-m_{1}$
 
6) La masse volumique de l'eau étant de $1\;g\cdot cm^{-3}$ alors le volume de l'eau est :
 
a) $30\;cm^{3}$ 
 
b) $100\;cm^{3}$ 
 
c) $70\;cm^{3}$
 
7) L'essence et l'eau ont :
 
a) des volumes égaux 
 
b) des volumes différents
 
8) En s'aidant des réponses données dans les différentes questions, calculer la masse volumique de l'essence.

Exercice 8

Le diamant, pierre précieuse très dure, est du carbone pur. 
 
Sa masse volumique est de $3500\;kg\cdot m^{-3}.$ 
 
La densité du diamant par rapport au verre est de 1.4. 
 
Quelle est la masse volumique du verre ?

Exercice 9

La densité du lait est 1.03. 
 
Est-il plus dense que l'eau ? Calculer la masse de 1.5 L de lait.

Exercice 10

Une bouteille de volume 5 L a une masse de 2.7 kg, lorsqu'elle est à moitié remplie d'eau.
 
Sa masse est de 4.145 kg si elle est remplie d'alcool.
 
1) Calculer la masse de la bouteille vide sachant que la masse volumique de l'eau est de $1000\;kg\cdot m^{-3}.$
 
2) Calculer la masse de l'alcool puis en déduire sa masse volumique.

Exercice 11

La densité de l'or par rapport au mercure est de 1.42. 
 
Calculer la masse volumique de l'or en $kg\cdot dm^{-3}$ sachant que celle du mercure est $13.6\;g\cdot mL^{-1}.$ 
 
L'or, flotte-t-il dans le mercure ?

Exercice

Pour déterminer la masse volumique d'une boule on a effectué les opérations $A\text{ et }B$ suivantes :
 
 
1) A partir du schéma ci-dessus , réduire la masse de la boule ainsi que son volume.
 
2) Calculer la masse volumique de la boule.

Exercice 12

On veut déterminer la nature d'un métal inconnu $X.$ 
 
Pour ce faire, on cherche à déterminer sa masse volumique en réalisant les opérations $A\;,\ B\text{ et }C$ de pesées décrites dans les schémas ci-dessous :
 
 
Après avoir bien observé les schémas, déterminer :
 
1) La masse du métal inconnu $X$
 
2) La masse de l'eau remplacée par le métal $X$ lorsqu'il est introduit dans le bêcher.
 
3) Le volume du métal si $\rho_{e}=1\;g\cdot mL^{-1}$
 
4) Calculer la masse volumique du métal inconnu $X$
 
5) En utilisant le tableau ci-dessous, donner en justifiant la nature du métal inconnu $X.$
$$\begin{array}{|c|c|c|c|} \hline \text{Métaux}&\text{Aluminium}&\text{Zinc}&\text{Fer}\\ \hline \text{Masse volumique}&2700\;kg\cdot m^{-3}&7100\;kg\cdot m^{-3}&7800\;kg\cdot m^{-3}\\ \hline \end{array}$$
 
6) Calculer la densité du métal $X$ par rapport à l'huile de masse volumique $920\;g\cdot L^{-1}.$

Exercice 13 Maitrise de connaissances

Recopie et complète les phrases suivantes
 
La $\ldots\ldots$ d'un corps est une grandeur physique qu'on peut mesurer à l'aide d'une balance. 
 
Elle est exprimée en $\ldots\ldots$ dans le Système International d' Unités
 
La masse volumique d'un corps solide est la $\ldots\ldots$ de ce corps par unité de $\ldots\ldots$ dans le Système International d'unités, la masse volumique est exprimée en $\ldots\ldots$ par $\ldots\ldots$ que l'on note $\ldots\ldots$

Exercice 14

Réponds par Vrai (V) ou faux (F)
 
1) Si deux corps ont le même volume, celui qui a la plus grande masse a la plus grande masse volumique.
 
2) Si deux corps ont la même masse, celui ayant la masse volumique la plus faible occupe le plus petit volume.
 
3) Deux objets formés de matériaux différents et qui ont la même masse ont des volumes différents.
 
4) La densité est donnée par le même nombre que la masse volumique exprimée en $g\cdot L^{-1}.$

Exercice 15 Le bon choix

Choisis la réponse correcte.
 
La masse d'un objet est mesurée avec :
 
$\centerdot$ une éprouvette graduée
 
$\centerdot$ une balance,
 
$\centerdot$ un masse-mètre.
 
$\centerdot$ un dynamomètre

Exercice 16 Types de balance

Donne le nom de chacune des balances.
 
Indique un domaine d'activités où est utilisée chacune d'elle.
 
 

Exercice 17 Conversion d'unités

Convertis
 
$12.5\;t=\ldots kg$
 
$3.9\;g=\ldots kg$
 
$97.8\;kg\cdot L^{-1}=\ldots g\cdot cm^{-3}$
 
$0.25\;kg\cdot m^{-3}=\ldots kg\cdot L^{-1}$
 
$3.86\;kg\cdot m^{-3}=\ldots g\cdot cm^{-3}$

Exercice 18 Ordres de grandeurs de masses

Relie, à l'aide d'une flèche, chaque corps à l'ordre de grandeurs masse.
$$\begin{array}{|ll|} \hline \text{Cheveu}&1.3\;g\\ \hline \text{Mouche}&3\;t\\ \hline \text{La Terre}&75\;kg\\ \hline 1\;l\text{ d'air}&0.1\;mg\\ \hline 1\;l\text{ d'eau}&6\cdot 10^{24}kg\\ \hline \text{Homme adulte}&20\;mg\\ \hline \text{Eléphant}&1\;kg\\ \hline \text{Le soleil}&1.989\cdot 10^{30}kg\\ \hline \end{array}$$

Exercice 19 Calcul de masse volumique

1) Le volume occupé par $0.46\;kg$ d'huile est $0.5\;L.$ 
 
Calculer la masse volumique de l'huile en $kg\cdot L^{-1}$ en $kg\cdot m^{-3}\text{ et en }g\cdot L^{-1}$
 
2) Calcule en $dm^{3}$ le volume d'une masse $m=96.5\;kg$ d'or si la masse volumique de l'or est $19.3\;g\cdot cm^{-3}$
 
3) Quelle est la masse de $350\;cm^{3}$ d'aluminium si sa masse volumique est $2700\;g\cdot dm^{-3}$

Exercice 20

Des mesures de masses et de volumes effectuées sur plusieurs corps ont conduit au tableau de mesure suivant.
$$\begin{array}{|c|c|c|c|c|c|c|} \hline \text{Corps}&A&B&C&D&E&F\\ \hline m(g)&22.4&46.2&66.8&90.4&114.9&133.0\\ \hline V\left( cm^{3}\right)&2.0&4.1&5.9&8.0&14.7&17.0\\ \hline \end{array}$$
 
Quels sont les corps constitués de la même substance ?

Exercice 21

Pour déterminer la masse d'un solide S on réalise les expériences suivantes à l'aide d'une balance Roberval
 
 
On donne :
 
$m_{1}=100\;g$ ; 
 
$m_{2}=20\;g$ ; 
 
$m_{3}=200\;g$ ; 
 
$m_{4}=10\;g$ ; 
 
$m_{5}=2\;g$
 
1) Quel type de pesée a-t-on ainsi réalisé ?
 
2) Détermine la masse du solide.
 
3) On plonge ce solide dans une éprouvette contenant un volume $V_{1}=55\;cm^{3}$ d'eau ; le niveau de l'eau remonte jusqu'à $215\;cm^{3}.$ Détermine le volume du solide.
 
4) Calcule la masse volumique du solide. 
 
En déduire sa densité par rapport à l'eau

Exercice 22

On mélange dans un bécher de l'huile, du mercure et de l'eau.
 
Indique en justifiant l'ordre dans quel les substances se superposent dans le bécher, du haut vers le bas
 
Données :
$$\begin{array}{|c|c|c|c|} \hline \text{corps}&\text{huile}&\text{mercure}&\text{eau}\\ \hline \text{Masse volumique}\left(\text{en }g\cdot cm^{-3}\right)&0.87&13.6&1\\ \hline \end{array}$$

Exercice 23

Une bouteille de contenance $5.0\;L$ pèse $2.7\;kg$ lorsqu'elle est à moitié remplie d'eau alors que sa masse est $4.145\;Kg$ si elle est remplie d'alcool.
 
1) Calculer la masse de la bouteille sachant que la masse volumique de l'eau est $1000\;kg\cdot m^{-3}$
 
2) Calculer la masse de l'alcool puis en déduire la masse volumique de l'alcool.

Exercice 24

Un bijou constitué d'un alliage d'or et de cuivre de masse $150\;g$ porte l'indication 18 carats.
 
1) Calculer la masse de l'or et la masse de cuivre contenue dans ce bijou.
 
2) Calculer le volume de l'or et celui du cuivre dans ce bijou.
 
3) Calculer la masse volumique de l'alliage
 
Données : 
 
masse volumique de l'or : $19.3\;g\cdot cm^{-3}$, masse volumique cuivre : $8.9\;g\cdot cm^{-3}$
 
Un carat correspond à la masse, en gramme d'or pur, dans $24\;g$ d'alliage.

Exercice supplémentaire

1. Ta sœur veut savoir si son collier est fait en or pur.
 
Aide-la à répondre à sa préoccupation en utilisant les acquis de ton cours.
 
2. Le bateau « Aline Sitoé Diatta » flotte sur l'eau malgré toutes les charges qu'il supporte alors qu'un petit clou coule rapidement. 
 
En utilisant les acquis du cours de physique, tente de proposer une explication à ces phénomènes observés.
 

$\begin{array}{c}\blacktriangleright\,\boxed{\text{Correction des exercices}}\end{array}$

 

Source: 
irempt.ucad.sn & ADEM

Masse : masse volumique et densité - 4e

Classe: 
Quatrième
 

I- Texte introductif

Vous disposez d'un sac de mil que vous voulez partager à part égale entre 5 personnes.
 
Question : Proposer une méthode qui vous permet de faire le partage de façon rigoureuse.

II- Contenus

Pour que chacun ait la même quantité de mil, on peut utiliser une balance.
 
La balance est un instrument de mesure.

Elle permet de mesurer la masse d'un corps.

I- La masse d'un objet

I-1. Les types de balance

                                                 
La Balance Roberval est utilisée dans le commerce des denrées alimentaires
 

 


                                          
La Balance mécanique est utilisée dans le commerce des denrées alimentaires

 

                                              
La bascule est utilisée par les grossistes pour mesurer de grandes quantités 
 

 

 
 Le pont bascule détermine la masse des camions chargés ou vides
 
                                                  

 

                                                       
La balance romaine est utilisée par les bouchers    

 

                                                                                             
 La balance numérique est utilisée dans les laboratoires.

 

                                                   
Le trébuchet est utilisé plus couramment par les bijoutiers 
   

 

 
 Le pèse-lettre est utilisé à la   poste
 

I-2. Définition de la masse d'un objet

La masse d'un objet est une grandeur physique constante que l'on mesure à l'aide d'une balance.

I-3. Les unités de masse

L'unité internationale de masse est le kilogramme. Son symbole est $kg.$
 
Le tableau ci-dessous donne les multiples et les sous multiples du kilogramme.
$$\begin{array}{|l|l|l|} \hline &\text{Nom}&\text{Symbole}\\ \hline &\text{tonne}&t\\ \text{Les multiples}&\text{quintal}&q\\ &\text{dizaine de kilogramme}&\\ \hline \text{unité}&\text{kilogramme}&kg\\ \hline &\text{hectogramme}&hg\\ &\text{décagramme}&dag\\ \text{Les sous multiples}&\text{gramme}&g\\ &\text{décigramme}&dg\\ &\text{centigramme}&cg\\ &\text{milligramme}&mg\\ \hline \end{array}$$

II- Détermination de la masse avec une balance Roberval

II-1. La simple pesé

Pour réaliser une simple pesée avec une balance Roberval, on effectue les opérations suivantes :

1) On équilibre la balance

Une balance est en équilibre lorsque l'aiguille est en face du repère.

Les plateaux sont dans ce cas au même niveau. Si la balance n'est pas en équilibre, on établit l'équilibre à l'aide d'objets de masse faible    

                                                                             
 
2) On pose l'objet dont on veut mesurer la masse sur l'un des plateaux : la balance se déséquilibre.
                                         
                                                                                   
                                         
3) On équilibre à nouveau à l'aide de masses marquées placées sur l'autre plateau dans l'ordre décroissant. La masse de l'objet est $m=1.600\;kg$
 
                                                                                              

III- Masse volumique

III-1. Étude expérimentale

III-1.1. Expérience 1

On dispose de trois béchers identiques contenant le même volume d'eau, d'huile et de poudre de fer.
 
Déterminer par la pesé la masse du contenu de chaque bécher. 
 
Comparer ces masses.

Conclure

III-1.2. Expérience 2 :

On dispose de trois éprouvettes $A\;,\ B\text{ et }C$ contenant des quantités d'eau différentes. 
 
Déterminer le volume et la masse d'eau, contenus dans chaque éprouvette puis compléter le tableau suivant :
$$\begin{array}{|c|c|c|c|} \hline &A&B&C\\ \hline \text{Volume}(V)& & &\\ \hline \text{Masse}(m)& & & \\ \hline \text{Rapport}\left(\dfrac{m}{V}\right)& & & \\ \hline \end{array}$$
 
Comparer les rapports trouvés pour $A,\;\ B\text{ et }C.$

Conclure

III-2. Définition et notation

La masse volumique d'une substance est la masse de l'unité de volume de cette substance. 
 
On la note par $\rho.$

III-3. Expression et unités

III-3.1. Expression

La masse volumique est donnée par la relation : $\rho=\dfrac{m}{V}$ où $m$ est la masse de la substance et et $V$ son volume.

III-3.2. Unités

L'unité internationale de masse volumique est le kilogramme par mètre cube de symbole $kg\cdot m^{-3}.$

Remarque :

il existe des unités usuelles de masse volumique telles que :
 
le $kg\cdot dm^{-3}\;,\text{ le }g\cdot dm^{-3}\;,\text{ le }g\cdot cm^{-3}\;,\text{ le }kg\cdot L^{-1}\ldots$

III-3.3. Exemples

Pour les substances pures, la masse volumique est une constante à une température donnée.
 
Le tableau ci-dessous donne des exemples de masse volumique de certains corps.
$$\begin{array}{|c|c|c|c|c|c|c|c|c|} \hline \text{Substance}&\text{Plomb}&\text{Fer}&\text{Glace}&\text{Eau}&\text{Alcool}&\text{Huile}&\text{Polystyrène}&\text{Air}\\ \hline \text{Masse}& & & & & & & &1.3\\ \text{volumique}&11300&7800&920&1000&789&920&11&\text{Dans les}\\ \left(kg\cdot m^{-3}\right)& & & & & & & &\text{CNTP}\\ \hline \end{array}$$

IV- La densité

IV-1. Observations

Dans un erlenmeyer contenant quelques millilitres d'huile, ajoutons de l'eau, un clou, un morceau de bois, un fragment de polystyrène, une bille en plomb. 
 
Quelle est la position de chacun de ces objets ou substances par rapport à l'huile.
 
Comment expliquer ces différences de comportement ?
 
En utilisant les masses volumiques de chacun de ces corps, conclure.
 
De combien de fois le fer est-il plus dense que l'huile ? 
 
                                                
                                                

IV-2. Interprétation

$\centerdot\ $ Certains corps (l'eau, le clou, la bille) se trouvent en dessous de l'huile : 
 
leur masse volumique est supérieure à celle de l'huile. 
 
On dit qu'ils sont plus denses que l'huile.
 
$\centerdot\ $ Les autres (polystyrène, le bois) flottent sur l'huile : 
 
leur masse volumique est inférieure à celle de l'huile. 
 
Ils sont moins denses que l'huile.
 
$\centerdot\ $ La bille et le clou sont au fond du récipient : 
 
leur masse volumique est supérieure à celle de l'eau. 
 
Le plomb et le fer sont plus denses que l'eau.

IV-3. Définition et formule

La densité d'un corps $A$ par rapport à un corps $B$ est le rapport de sa masse volumique sur celle de $B.$ 
 
Le corps $B$ est dit corps de référence On utilise la formule suivante pour déterminer la densité : 
$$\boxed{d=\dfrac{\rho_{A}}{\rho_{B}}}$$
 
La densité est une grandeur sans unité

IV-4. Corps de référence

IV-4.1. Pour les liquides et les solides

Pour les liquides et les solides, on choisit en général l'eau comme corps de référence

IV-4.2. Pour les gaz

L'air est le corps de référence pour les corps gazeux

Résumé

La masse d'un objet est une grandeur que l'on mesure à l'aide d'une balance. 
 
Son unité internationale est le kilogramme de symbole $kg.$
 
La masse volumique est la masse de l'unité de volume d'une substance. 
 
Dans des conditions déterminées, la masse volumique d'une substance pure est une constante. 
 
Son unité internationale est le kilogramme par mètre cube de symbole ou $kg\cdot m^{-3}.$ 
 
On calcule la masse volumique en utilisant la formule suivante : 
$$\boxed{\rho=\dfrac{m}{V}}$$
 
où la masse est en $kg$ et le volume en $m^{3}$
 
La densité d'un corps $A$ par rapport à un corps $B$ est le rapport de sa masse volumique sur celle de $B.$ 
 
On a $$\boxed{d=\dfrac{\rho_{A}}{\rho_{B}}}.$$
 
C'est une grandeur sans unité.
 
Le corps $B$ est le corps de référence qui est :
 
$\centerdot\ $ l'eau pour les solides et les liquides,
 
$\centerdot\ $ l'air pour les gaz.
                                                                                                                     
Source: 
irempt.ucad.sn

Série d'exercices sur la Structure de la matière - 4e

Classe: 
Quatrième
 

Exercice 1 

Compléter le texte suivant en ajoutant les mots ou groupes de mots manquants.
 
La matière a une structure ....... Parmi les corps purs on note des corps moléculaires dont la particule élémentaire est la ....... qui est constituée d' .........
 
Chaque type d'atome est appelé .......; on le représente par un ....... chimique.
 
Un atome qui perd des électrons est appelé ....... alors que celui qui en gagne est dit......

Exercice 2

La plus petite partie d'un corps pur est appelée :
 
$-\ \ $ Molécule
 
$-\ \ $ Élément
 
$-\ \ $ Symbole

Exercice 3

Soient les formules chimiques suivantes :
 
1) $CH_{4}$
 
2) $O_{2}$
 
3) $NaOH$
 
Donner les noms des éléments chimiques contenus dans chaque corps purs. Donner le nombre d'atomes de chaque élément

Exercice 4

Soient les formules chimiques suivantes :
 
$N_{2}\;;\ CO_{2}\;;\ Al_{4}C_{3}\;;\ Fe\;;\ O_{3}\;;\ HCl$ ;
 
$CaCO_{3}\;;\ H_{2}\;;\ S\;;\ Pb\;;\ H_{2}SO_{4}$ 
 
$CHCl_{3}\;;\ O_{2}\;;\ Cu.$
 
Compléter le tableau ci-dessous en écrivant la formule de chaque corps pur dans la colonne qui convient
$$\begin{array}{|l|l|l|} \hline \text{Corps purs}&\text{Corps purs}&\text{Corps purs}\\ \text{simple}&\text{simple}&\text{Composés}\\ \hline \text{atomiques}&\text{moléculaires}&\\ \hline & &\\ \hline \end{array}$$
 
Donner la composition de chacun des corps purs composés.

Exercice 5

Compléter le tableau suivant où les points représentent des nombres et les tirets, des symboles d'élément chimique :
$$\begin{array}{|c|c|c|c|} \hline\text{Formule}&\text{Noms}&\text{Nombre}&\text{Nombre}\\ \text{chimique}&\text{éléments}&\text{d'atomes}&\text{total}\\ \text{du corps}&\text{chimiques}&\text{de chaque}&\text{d'atome}\\ \text{pur}&\text{présents}&\text{élément}&\text{dans le}\\ &\text{dans le}& &\text{corps}\\ &\text{corps}& &\\ \hline --..&Oxygène&2&...\\ \hline --Cl&Sodium&...&2\\ &---&...&2\\ \hline H..--&--&2&3\\ &Oxygène&...&\\ \hline Fe..--..&Oxygène&4&7\\ &----&...&\\ \hline AlCl_{3}&----&...&...\\ &----&...&\\ \hline Al_{2}(SO_{4})_{3}&----&...&\\ &----&...&...\\ \hline &----&...&\\ \hline Ca(--O...)..&Azote&2&9\\ &----&...&\\ &----&...&\\ \hline \end{array}$$

Exercice 6

Compléter cette grille de mots croisés
 
2 H : Le premier des éléments chimique
 
4 H : Il représente l'élément chimique
 
8 H : l'atome en est la particule de base
 
1 V : Sa formule chimique est NaOH
 
5 V : Gaz dont la molécule n'est formée que d'oxygène.
 
7 V : Corps chimique dont le carbone en est la référence.
 
11 V : Particule formée d'atomes

 
 
 

Exercice 7

Donner la formule chimique de chacun des corps dont la molécule renferme :
 
$\centerdot\ $ Un atome de carbone et quatre atomes d'hydrogène.
 
$\centerdot\ $ Un atome de sodium, un atome d'oxygène et un atome d'hydrogène
 
$\centerdot\ $ Six atomes de carbone, douze atomes d'hydrogène et six atomes d'oxygène.
 
$\centerdot\ $ Un atome de calcium, deux atomes d'oxygène et deux atomes d'hydrogène.
 
$\centerdot\ $ Un atome de carbone et deux atomes d'oxygène.

Exercices supplémentaires

Exercice A

Écrire la formule chimique des corps dont les noms sont donnés ci-après
 
$\rhd\ $ dioxyde de soufre
 
$\rhd\ $ trioxyde de soufre
 
$\rhd\ $ dioxygène
 
$\rhd\ $ trioxygène ou ozone
 
$\rhd\ $ monoxyde de carbone

Exercice B

Savoir distinguer un corps pur simple d'un corps pur composé Choisissez la bonne réponse :
 
$\rhd\ $ l'eau est un ....
 
a) corps simple 
 
b) corps composé 
 
c) élément

d) mélange

 
$\rhd\ $ le dihydrogène est un .....
 
a) corps simple
 
b) corps composé 
 
c) élément 
 
d) mélange
 
$\rhd\ $ il existe plusieurs corps simples contenant le même élément
 
a) vrai 
 
b) faux 
 
c) question n'ayant aucun sens

Exercice 8 Maitrise de connaissances

Recopie et complète les phrases suivantes à l'aide de la liste de termes : 
 
composé ; négativement ; $10^{-10}$ $m$ ; neutre ; ion ; simple ; positivement ; noyau ; électrons.
 
Un atome possède un noyau central chargé ........... et des électrons chargés ............... 
 
La charge des .............. compense celle du ...............; l'atome est donc électriquement ...............
 
Un .............. est un atome qui a gagné ou perdu un ou plusieurs électrons. 
 
Les dimensions de l'atome sont de l'ordre de .................
 
Un corps pur ............... est formé d'atomes différents. 
 
Un corps pur ........... est formé d'atomes identiques.

Exercice 9 Symbole d'un élément chimique

1) Donne le nom de l'élément correspondant à chacun des symboles suivants :
$$\begin{array}{|c|c|c|c|c|c|c|} \hline \text{Symbole}&Mg&Cl&Al&Ne&Ca&P\\ \hline \text{Nom}& & & & & &\\ \hline \end{array}$$
 
2) Donne le symbole de chacun des éléments chimiques suivants :
$$\begin{array}{|c|c|c|c|c|c|c|} \hline \text{Elément chimique}&\text{oxygène}&\text{hydrogène}&\text{azote}&\text{sodium}&\text{soufre}&\text{potassium}\\ \hline \text{Symbole}& & & & & &\\ \hline \end{array}$$

Exercice 10 Formule chimique

Écris la formule chimique à partir de la composition de la molécule
$$\begin{array}{|l|c|} \hline \text{Composition de la molécule}&\text{Formule du corps pur}\\ \hline \text{2 atomes de chlore}&\\ \hline \text{1 atome de soufre et 2 atomes d'oxygène}&\\ \hline \text{1 atome de carbone et 2 atomes d'oxygène}&\\ \hline \text{3 atomes d'oxygène}&\\ \hline \text{1 atome d'azote et 3 atomes d'hydrogène}&\\ \hline \end{array}$$

Exercice 11 Signification d'une formule

Le sucre ou saccharose a pour formule moléculaire : $C_{12}H_{22}O_{11}$
 
Indique le nom et le nombre des différents atomes présents dans la molécule.

Exercice 12 Reconnaissance de formule

On considère les écritures suivantes : $O_{3}\;;\ 2O_{2}\;;\ 2O\;;\ O_{2}.$
 
Laquelle de ces quatre écritures représente :
 
1) Une molécule de dioxygène ?

2) Deux atomes d'oxygène séparés 

Exercice 13 Classement selon l'atomicité

Indique l'atomicité des molécules suivantes
$$\begin{array}{|c|c|c|c|c|c|c|c|c|c|} \hline &N_{2}&HCl&Ne&H_{2}O&CO&O_{3}&He&NO_{2}&Cl_{2}\\ \hline \text{atomicité}& & & &  & & & & &\\ \hline \end{array}$$

Exercice 14 Corps pur simple et corps pur composé

Recopie et mets une croix dans la case correspondant à la bonne réponse.
$$\begin{array}{|c|c|c|c|c|c|c|c|c|c|} \hline &H_{2}O&He&Cl_{2}&H_{2}&SO_{2}&Ne&NH_{3}&HCl&O_{3}\\ \hline \text{Corps pur simple}& & & &  & & & & &\\ \hline \text{Corps pur composé}& & & &  & & & & &\\ \hline \end{array}$$

Exercice 15 Entité chimique

On considère les entités chimiques suivantes : 
 
$O_{3}\;;\ PO_{4}^{3^{-}}\;;\ SO_{4}^{2^{-}}\;;\ HO^{-}\;;\ NH_{3}\;;\ Fe^{3^{+}}\ \text{ et }\ H_{3}O^{+}.$
 
1) Classe-les en molécules, anions et cations.
 
2) Donne la charge électrique de chaque entité chimique.

Exercice 16 « un collier d'or »

Le diamètre d'un atome d'or est environ $0.144\;nm.$
 
Quel nombre minimal d'atomes d'or pourrait-on placer côte à côte pour obtenir une longueur $40\;cm$ ?

Exercice 17

La masse d'un noyau d'atome de cuivre est de $1.05\times 10^{-25} kg.$ 
 
Celle de l'ensemble de ses électrons est de $2.64\times 10^{-29} kg.$
 
1) Compare la masse du noyau de l'atome de cuivre à celle de ses électrons en calculant le rapport masse noyau/masse des électrons.
 
2) Explique la phrase suivante : « la masse de l'atome est concentrée en son noyau. ».

Exercice 18 Formule statistique d'un composé

Complète le tableau ci-dessous en reliant la formule statistique du composé ionique à celles de ses ions.
$$\begin{array}{|c|c|c|c|c|} \hline &Na^{+}&Cu^{2^{+}}& &Fe^{3^{+}}\\ \hline Cl^{-}& & & & \\ \hline SO_{4}^{2^{-}}& & &CaSO_{4}&\\ \hline & &Cu\left(OH\right)_{2}& &\\ \hline NO_{3}^{-}& & & &\\ \hline S^{2^{-}}& & & &\\ \hline \end{array}$$

Exercice 19 Changement d'échelle

Le rayon de l'atome est environ $100 000$ fois plus grand que le rayon du noyau. 
 
Si on représentait le noyau par une orange de $5\;cm$ de rayon,
 
1) Quel serait en $m$, puis en $km$ le rayon de l'atome correspondant ?
 
2) Tire une conclusion.

 

$\begin{array}{c}\blacktriangleright\,\boxed{\text{Correction des exercices}}\end{array}$

 

Source: 
irempt.ucad.sn & ADEM

Structure de la matière - 4e

Classe: 
Quatrième
 

Situation problème

Cette photographie est celle d'une ville ; on y distingue à priori : 
 
des bâtiments imposants dans un relief boisé au bord d'une mer avec sa belle plage.

 
 

I- Particule de matière

I-2. Expérience et observation

Observation 1

En versant un peu d'alcool dans un récipient, il
s'évapore au bout de quelques minutes et son
odeur envahit la saille. 

 

Observation 2

En mettant un morceau de sucre ou sel dans de 
l'eau et en remuant, le sucre ou le sel se dissout
L'eau est alors sucrée ou salée

Observation 3

En ajoutant quelques millilitres de colorant
dans de l'eau, en remuant, l'eau se colore

I-3. Interprétation

L'alcool, le sel, le sucre et le colorant sont constitués de particules très petites qui se sont dispersées assez rapidement dans leurs milieux respectifs.
 
Toutes ces expériences montrent alors que la matière, qu'elle soit liquide solide ou gaz, est constituée de grains qui peuvent se disperser : la matière est discontinue.

II- Différents types de grains de matière

II-1. Molécules

L'eau et le sucre et l'alcool sont constitués de petites particules électriquement neutres appelées molécules :
 
ce sont des composés moléculaires.
 
La molécule est la plus petite partie d'un corps pur qui puisse exister à l'état individuel et isolé tout en conservant la composition du corps pur.

II-2. Atomes

a) Notion d'atome

L'électrolyse de l'eau permet de la décomposer en deux gaz : 
 
le dioxygène et le dihydrogène. 
 
Ces deux gaz sont constitués respectivement de molécules de dioxygène et de dihydrogène.
 
La molécule d'eau est par conséquent constituée de particules plus petites qui peuvent s'assembler autrement pour donner ces gaz. 
 
Ces particules sont appelées atomes. 
 
Par exemple la molécule de dihydrogène est constituée de deux atomes d'hydrogène comme son nom l'indique ; de même, celle de dioxygène est faite de deux atomes d'oxygène.
 
Illustration par des modèles atomiques et moléculaires : 
 
les atomes sont représentés par des boules sphériques de différentes couleurs et de différents diamètres, les molécules par ...

 
 

b) Structure de l'atome

L'atome comprend deux parties : un noyau central et, autour de ce dernier, un nuage électronique.
 
$\bullet\ $ Le noyau est chargé positivement. 
 
Il concentre l'essentiel de la masse de l'atome bien que sa taille soit très petite par rapport à celle de l'atome.
 
$\bullet\ $ Le nuage électronique, de charge négative, est constitué d'électrons qui gravitent autour du noyau. 
 
Sa masse est très petite par rapport à celle de l'atome ou du noyau.
 
Dans un atome, la charge électrique positive du noyau est égale à la valeur absolue de la charge du nuage électronique : la charge globale de l'atome est nulle. 
 
On dit que l'atome est électriquement neutre.

II-3. Ions

a) Notion d'ion

$\bullet\ $ Expérience et observations
 
Dispositif expérimental
 
 
On réalise un circuit comprenant un générateur, une ampoule
et un électrolyseur contenant de l'eau sucrée
 
 
On réalise un circuit comprenant un générateur, une ampoule
et un électrolyseur contenant de l'eau salée

 

Observations :

on constate que la lampe du circuit comprenant l'eau salée (figure b) s'allume alors que celle du circuit comprenant l'eau sucrée est éteinte.
 
$-\ $ La lampe de la figure (b) s'allume car l'eau salée est traversée par le courant électrique. 
 
Elle contient des grains de matières qui permettent le passage du courant : on les appelle : ions.
 
Ces ions forment le sel appelé chlorure de sodium. 
 
C'est un composé ionique qui a deux ions : l'ion chlorure et l'ion sodium.
 
$-\ $ Par contre la lampe de la figure (a) ne s'allume pas parce que l'eau sucrée n'est pas traversée par le courant électrique : elle contient des grains de matières qui ne permettent pas le passage du courant : 
 
on les appelle molécules.

b) Définition d'un ion

Les ions sont classés en deux groupes : 
 
les ions positifs appelés cations et les ions négatifs appelés anions
 
$\bullet\ $ Les cations : Un cation est un atome ou un groupe d'atomes qui a perdu un ou plusieurs électrons.

Exemple :

$$\begin{array}{|l|l|l|}\hline\text{Cations}&&\\ \hline&&\text{L'atome de sodium perd un électron}\\ \text{Na}^{+}&\text{Ion sodium}&\text{et donne l’ion sodium qui porte}\\&&\text{une charge positive excédentaire.}\\ \hline&&\text{L'atome d’aluminium perd trois électrons}\\ \text{Al}^{3+}&\text{Ion aluminium}&\text{et donne l’ion aluminium qui porte}\\&&\text{trois charges positives de plus}\\ \hline\text{H}_{3}\text{O}^{+}&\text{Ion hydronium}&\\ \hline \text{NH}^{+}_{4}&\text{Ion ammonium}&\\ \hline\end{array}$$
$\centerdot$ Les anions : Un anion est un atome ou un groupe d'atomes qui a gagné un ou plusieurs électrons.

Exemple :

$$\begin{array}{|l|l|l|}\hline\text{Anions}&&\\ \hline&&\text{L'atome de chlore gagne un électron}\\&&\text{et donne l'ion chlorure qui porte une charge}\\ \text{Cl}^{-}&\text{Ion sodium}&\text{négative excédentaire.}\\&&\text{Cet ion se retrouve dans le sel de cuisine.}\\&&\text{Cet ion est caractéristique du goût salé du sel de cuisine}\\ \hline&&\text{L'atome d'oxygène gagne deux électrons}\\ \text{O}^{2-}&\text{Ion aluminium}&\text{et donne l'ion oxo qui porte}\\&&\text{deux charges négatives de plus}\\ \hline\text{OH}^{-}&\text{Ion hydroxyde}&\\ \hline\text{NO}^{-}_{3}&\text{Ion nitrate}&\\ \hline\text{SO}^{2-}_{4}&\text{Ion sulfate}&\\ \hline\text{CO}^{2-}_{3}&\text{Ion carbonate}&\\ \hline\end{array}$$

III- Élément chimique

III-1. L'élément carbone

a) Combustion du charbon de bois

Expérimentons et observons. 
 
Le charbon de bois est pratiquement formé de carbone.

 

 
Chauffons un morceau de charbon de bois dans la flamme d'un bec de gaz (bec bunsen ou autre) et portons le ainsi à incandescence.
 
Introductions ainsi le ainsi dans un flacon rempli de dioxygène.
 
Il brule avec une très vive incandescence sans produire de flamme.
 
Il ne se forme pas de buée.
 
Une fois la combustion terminée, versons de l'eau de chaux dans le flacon, puis agitons ce dernier.
 
L'eau de chaux initialement limpide se trouble avec l'apparition d'un précipité blanc : le carbonate de calcium

Expliquons : 

Le trouble de l'eau de chaux indique la présence de dioxyde de carbone, unique produit de la combustion du charbon de bois.

Concluons 

du carbone et du dioxygène (gaz incolore) ont disparu ; du dioxyde de carbone (gaz incolore) s'est formé

b) Faisons réapparaitre le carbone

Expérimentons et observons.

 

 
Un ruban de magnésium enflammé à l'air continue à bruler quand on le plonge dans le dioxyde de carbone.
 
Il apparait une fumée noire constitue par du carbone et une poudre blanche appelée magnésie.
 
C'est cette même poudre blanche qui se forme lorsque le ruban de magnésium brule à l'air

Expliquons : 

la matière qui constitue le carbone est restée puisqu'elle a formé la fumée noire observée.

c) L'élément carbone

Nous appellerons élément carbone cette matière qui est présente dans le charbon, le dioxyde de carbone, le carbonate de calcium, la fumée noire et bien d'autres corps.

III-2. Les éléments chimiques et leurs symboles

Il existe environ une centaine d'éléments chimiques. 
 
Certains sont très connus : fer, carbone, oxygène, etc...
 
D'autres le sont moins. Certains éléments comme le plutonium n'existent pas dans la nature : 
 
ils sont fabriqués par l'homme. On dit qu'ils sont artificiels.

a) Symboles des éléments

On représente un élément chimique par un symbole.
 
Généralement c'est la première lettre en majuscule du nom actuel ou ancien d'origine latine.
 
Lorsque plusieurs éléments commencent par la même lettre, on ajoute à certains une deuxième lettre en minuscule.
 
Exemples de symboles avec une lettre
$$\begin{array}{|c|c|c|c|c|c|c|c|} \hline \text{Nom}&\text{Carbone}&\text{Oxygène}&\text{Phosphore}&\text{Soufre}&\text{Fluor}&\text{Azote}&\text{Potassium}\\ & & & & & &\text{(nitrogène)}&\text{(kalium)}\\ \hline \text{Symbole}&\text{C}&\text{O}&\text{P}&\text{S}&\text{F}&\text{N}&\text{K}\\ \hline \end{array}$$
 
Exemples de symboles d'éléments commençant par la même lettre
$$\begin{array}{|c|c|c|c|c|c|c|c|c|c|} \hline \text{Nom}&\text{Aluminium}&\text{Or (aurium) 1}&\text{Argon}&\text{Calcium}&\text{Chlore}&\text{Cuivre}&\text{Sodium}&\text{Néon}&\text{Nickel}\\ & & & & & & &\text{(natrium)}& &\\ \hline \text{Symbole}&\text{Al}&\text{Au}&\text{Ar}&\text{Ca}&\text{Cl}&\text{Cu}&\text{Na}&\text{Ne}&\text{Ni}\\ \hline \end{array}$$

Remarque : 

Le symbole de l'élément représente l'élément et un atome de l'élément.

b) Formules chimiques

Les corps purs sont représentés par des formules chimiques. 
 
Une formule chimique renseigne sur les éléments et le nombre d'atomes de chaque élément présent dans ce corps.

Exemples :

$$\begin{array}{|c|c|c|c|c|c|c|c|}\hline\text{Nom}&\text{Dioxygène}&\text{Dihydrogène}&\text{Chlorure}&\text{Eau}&\text{Soude}&\text{Glucose}&\text{Sulfate}\\&&&\text{de sodium}&&&&\text{d'aluminium}\\ \hline\text{Formule}&\text{O}_{2}&\text{H}_{2}&\text{NaCl}&\text{H}_{2}\text{O}&\text{NaOH}&\text{C}_{12}\text{H}_{22}\text{O}_{11}&\text{Al}_{2} (SO_{4})_{3}\\ \hline\end{array}$$

III-3. Corps purs simples et corps purs composés

a) Corps purs simples

Un corps pur est dit simple s'il est constitué à partir d'atomes d'un seul élément.

Exemples : 

Dioxygène $(O_{2})$, Dihydrogène $(H_{2})$, Diazote $N_{2}$, les gaz rares (Néon $(Ne)$, Hélium $(He)$, Argon $(Ar)$...), Ozone $(O_{3})$, fer $(Fe)$...

b) Corps pur composé

Un corps pur est dit composé s'il est constitué à partir d'atomes de plusieurs éléments

Exemples : 

Eau $(H_{2}O)$, Chlorure d'hydrogène $(HCl)$, gaz carbonique $(CO_{2})$, Soude  $(NaOH)$, Glucose $(C_{12}H_{22}O_{11})\ldots$

Conclusion 

La matière a une structure lacunaire, elle est formée de petites particules électriquement neutres appelées molécules. 
 
Les molécules sont constitues d'atomes. 
 
L'atome est formé d'un noyau chargé positivement et d'un nuage électronique chargé négativement. 
 
Les atomes et les molécules peuvent gagner ou perdre des électrons et devenir des ions. 
 
Il existe deux types d'ions : ion positif (cation) ; ion négatif (anion). 
 
Les corps purs simples sont formés d'un seul type d'atomes appelé élément chimique. 
 
L'élément est représenté par un symbole chimique. 
 
Les corps purs composés sont formés de plusieurs éléments chimiques. 
 
Il existe une centaine d'éléments naturels.

 

Source: 
irempt.ucad.sn

Série d'exercices sur Notion de réaction chimique - 4e

Classe: 
Quatrième
 

Exercice 1 

Compléter le texte suivant en ajoutant les mots ou groupes de mots manquants.
 
a) La transformation de certains corps purs en d'autres corps purs est appelée $\ldots\ldots$
 
b) Les corps purs qui disparaissent sont les $\ldots\ldots$ alors que ceux qui apparaissent sont les $\ldots\ldots$
 
c) Au cours d'une réaction chimique il y a une $\ldots\ldots$ de la matière.
 
d) Une réaction est représentée par une $\ldots\ldots$

Exercice 2 

Donner les mots permettant de remplir la grille ci-contre.
 
Horizontalement

 

 
1 H : Une réaction l'est quand elle dégage de la chaleur
 
3 H : Il dégage du dihydrogène pendant l'électrolyse de l'eau.
 
6 H : Corps qui subit des transformations pendant la réaction
 
11 H : Borne d'un électrolyseur.
 
Verticalement
 
1 V : Décomposition de l'eau par le courant électrique.
 
3 V : Un des réactifs donnant du dioxyde de carbone
 
5 V : Atome chargé positivement.
 
7 V : Ion négatif
 
9 V : Il est noté H
 
11 V : Un des gaz majoritaires de l'air.

Exercice 3 

Équilibrer chacune des équations chimiques ci-dessous.
 
$NH_{3}+O_{2}\longrightarrow NO+H_{2}O$
 
$C+Al_{2}O_{3}\longrightarrow Al_{4}C_{3}+CO$
 
$C_{2}H_{4}O+O_{2}\longrightarrow CO_{2}+H_{2}O$
 
$Fe_{3}O_{4}+H_{2}\longrightarrow Fe+H_{2}O$
 
$H_{2}S+Cl_{2}\longrightarrow HCl+S$
 
$Cl_{2}+NaOH\longrightarrow NaCl+NaOCl+H_{2}O$
 
$CH_{4}+O_{2}\longrightarrow C+H_{2}O$

Exercice 4

Pour avoir 56 ml de dihydrogène dans les conditions normales, un laborantin fait agir l'acide chlorhydrique dilué sur du zinc. 
 
Trouver :
 
1) La masse de chacun des réactifs.
 
2) La masse de chlorure de zinc $ZnCl_{2}$ obtenu en même temps.

Exercice 5

On brûle un morceau de 1200 mg de carbone de l'air. 
 
On demande de trouver dans les conditions normales :
 
1) Le volume de dioxyde de carbone $CO_{2}$ produit par la réaction.
 
2) Le volume de dioxygène nécessaire à cette combustion et en déduire le volume d'air utilisé.

Exercice 6 Maitrise de connaissance

Compléter les phrases suivantes par les mots ou expressions qui conviennent : 
 
exothermique, disparaissent, réaction chimique, produits, apparaissent, réactifs.
 
Il y'a transformation chimique lorsque des espèces chimiques appelées réactifs $\ldots\ldots$ et que d'autres appelées produits $\ldots\ldots$
 
La transformation chimique limitée aux $\ldots\ldots$ et aux $\ldots\ldots$ s'appelle réaction chimique.
 
Lorsqu'une réaction chimique dégage de la chaleur, on dit qu'elle est $\ldots\ldots$
 
Une équation bilan traduit de façon symbolique une $\ldots\ldots$

Exercice 7 Équilibrage

Équilibre les équations chimiques qui suivent :
$$\begin{array}{|l|l|} \hline 1)\quad Na\quad+\quad O_{2}\quad\longrightarrow\quad Na_{2}O& 7)\quad CO_{2}\quad +\quad H_{2}O\quad \longrightarrow \quad C_{6}H_{12}O_{6}\\ \hline 2)\quad CO\quad+\quad O_{2}\quad\longrightarrow\quad CO_{2}& 8)\quad C_{12}H_{22}O_{11}\quad +\quad O_{2}O\quad \longrightarrow \quad CO_{2}\quad+H_{2}O\\ \hline 3)\quad H_{2}\quad+\quad O_{2}\quad\longrightarrow\quad H_{2}O& 9)\quad N_{2}\quad+H_{2}\quad \longrightarrow \quad NH_{3}\\ \hline 4)\quad CuO\quad+\quad C\quad\longrightarrow\quad Cu\quad+\quad CO_{2}&10)\quad Fe\quad+\quad O_{2}\quad\longrightarrow\quad Fe_{2}O_{3}\\ \hline 5)\quad N_{2}O_{5}\quad\longrightarrow\quad NO_{2}\quad+\quad O_{2}&11)\quad Fe_{2}O_{3}\quad+\quad Al\quad\longrightarrow\quad Fe\\ \hline 6)\quad C_{4}H_{10}\quad+\quad O_{2}\quad\longrightarrow\quad CO_{2}\quad+\quad H_{2}O&\\ \hline \end{array}$$

Exercice 8 Bilan molaire

A chaud, l'aluminium brûle dans le soufre. 
 
L'équation-bilan qui traduit cette réaction s'écrit :
$$Al\quad+\quad S\quad\longrightarrow\quad Al_{2}S_{3}$$
1) Détermine la quantité minimale d'aluminium nécessaire pour faire réagir une mole de soufre ?
 
Quelle serait alors la quantité de sulfure d'aluminium $\left( Al_{2}S_{3}\right)$ formée ?
 
2) On veut former $0.50\;mol$ de sulfure d'aluminium quelle quantité minimale d'aluminium et de soufre faut-il utiliser ?

Exercice 9 Bilan massique

Pour souder des rails de chemin de fer, on utilise l'aluminothermie. 
 
Un mélange d'aluminium et d'oxyde de fer $\left(Fe_{2}O_{3}\right)$, placé entre les deux rails à souder, est enflammé. 
 
Il se forme du fer et de l'oxyde d'aluminium $Al_{2}O_{3}.$
 
1) Écris l'équation bilan de la réaction chimique.
 
2) On veut obtenir $112\;g $de fer. 
 
Quelle masse minimale d'oxyde de fer et d'aluminium doit-on employer ?
 
$M(Fe)=56\;g\cdot mol^{-1}\;;\ M(Al)=27\;g\cdot mol^{-1}\;;\ M(O)=16\;g\cdot mol^{-1}.$

Exercice 10 Bilan massique

Pour l'industrie du bâtiment, on fabrique de l'oxyde de calcium $(CaO)$, ou chaux vive, en chauffant du calcaire ou carbonate de calcium $\left(CaCO_{3}\right)$ dans de grands fours. 
 
L'équation de la réaction est la suivante :
$$CaCO_{3}\quad\longrightarrow\quad CaO\quad+\quad CO_{2}$$
1) Détermine la masse de carbonate de calcium faut-il transformer pour obtenir une tonne de chaux vive ?
 
2) Quelle masse de dioxyde de carbone obtient-on ?
 
3) Quel est l'effet de ce rejet gazeux dans l'atmosphère ?
 
$M(Ca)=40\;g\cdot mol^{-1}\;;\ M(C)=12\;g\cdot mol^{-1}\;;\ M(O)=16\;g\cdot mol^{-1}.$

Exercice 11 Bilan volumique

Le dioxyde de soufre $\left(SO_{2}\right)$ réagit avec le sulfure d'hydrogène $(HS)$ selon l'équation-bilan :
 
$SO_{2}\quad+\quad 2 H_{2}S\quad\longrightarrow\quad 3 S\quad+\quad 2 H_{2}O$

Le dioxyde de soufre et le sulfure d'hydrogène sont à l'état gazeux.
 
1) Détermine le volume de sulfure d'hydrogène nécessaire à la transformation de $1.5\;L$ de dioxyde de soufre.
 
2) Quelle masse de soufre peut-on préparer par ce procédé en faisant réagir $1.25\;m^{3}$ de dioxyde de soufre ?
 
$M(S)=32\;g\cdot mol^{-1}\;;\ V_{M}=24\;L\cdot mol^{-1}$

Exercice 12 Bilan massique et volumique

Le magnésium $(Mg)$ brule dans l'air en donnant de l'oxyde magnésium $(MgO).$
 
1) Écris l'équation bilan de la réaction.
 
2) Calcule le volume de dioxygène nécessaire à la combustion de $2.4\;g$ de magnésium et en déduire le volume d'air utilisé.
 
3) Calcule la masse de l'oxyde de magnésium obtenue.
 
$M(Mg)=24\;g\cdot mol^{-1}\;;\ M(O)=16\;g\cdot mol^{-1}\;;\ V_{M}=24\;L\cdot mol^{-1}$

Exercice supplémentaire

La photosynthèse permet aux plantes d'utiliser l'énergie solaire afin de fabriquer les substances qui leur sont indispensables pour vivre. 
 
Les nutriments nécessaires à la plante sont, entre autres, le dioxyde de carbone et l'eau.
 
C'est une transformation chimique qui conduit à la formation de glucose $\left(C_{6}H_{12}0_{6}\right)$ et de dioxygène.
 
Pendant la nuit, la photosynthèse n'a plus lieu, la plante respire comme toute autre être vivant.
 
1) Pourquoi la photosynthèse est-elle une transformation chimique ?
 
2) Donne les noms et les formules des réactifs mis en jeu dans la photosynthèse ?
 
3) Quels sont les noms et les formules des produits formés ?
 
4) Écris et équilibre l'équation de cette réaction.
 
5) En s'appuyant sur la réaction de photosynthèse, explique en quoi il faut s'inquiéter d'une déforestation massive.
 
 

$\begin{array}{c}\blacktriangleright\,\boxed{\text{Correction des exercices}}\end{array}$

Source: 
irempt.ucad.sn & ADEM

Notion de réaction chimique - 4e

Classe: 
Quatrième
 

A Situation problématique

Observons le fonctionnement d'une lampe à carbure ou lampe acétylénique.

 

 
Les lampes à carbure sont constituées de deux cuves : 
 
la première sert de réservoir d'eau, et l'autre contient des morceaux de carbure de calcium.
 
Lorsque l'eau est versée sur le carbure par l'intermédiaire du pointeau, on observe alors le dégagement d'un gaz inflammable appelé acétylène qui produit une lumière très intense lorsqu'il brûle.
 
Le texte ci-dessus est une description simple du fonctionnement d'une lampe à carbure
 
a) Quels corps utilise-t-on pour le fonctionnement de la lampe ?
 
b) Quels sont les corps qui apparaissent lors de ce fonctionnement ?
 
c) Le phénomène observé est-il physique ou chimique ?

Contenus

I- Exemples de réaction chimique

I-1. Electrolyse de l'eau


 

 
On remplit un électrolyseur avec de l'eau. 
 
Ajoutons quelques gouttes d'acide. 
 
Lorsqu'on ferme l'interrupteur, la lampe s'allume ; le courant passe. 
 
On observe un dégagement de bulles au niveau des électrodes :
 
ces gaz sont le dihydrogène et le dioxygène. 
 
Ainsi l'eau est décomposée par le courant électrique pour donner ces deux gaz.

I-2. Combustion du carbone dans un flacon de dioxygène.

On réalise la combustion d'un morceau de charbon dans un flacon contenant de l'eau de chaux.
 
Après la combustion on observe le dégagement d'une fumée et l'eau de chaux contenue dans le flacon se trouble :
 
la combustion s'accompagne alors d'un dégagement de gaz carbonique qui trouble l'eau de chaux.
 
Dans le dioxygène, le carbone brûle et donne du dioxyde de carbone (gaz carbonique).

I-3. Action de l'acide sur le calcaire

Introduisons dans un tube à essai contenant de l'acide chlorhydrique un petit morceau de calcaire.
 
On observe une effervescence. 
 
Le gaz qui se dégage trouble l'eau de chaux. De plus, le ballon est légèrement chaud.
 
Lorsque l'acide chlorhydrique attaque le calcaire il se dégage du gaz carbonique. 
 
D'autres expériences montrent la formation aussi d'eau et du chlorure de calcium. 
 
Il se produit un dégagement de chaleur.

I-4. Combustion du mélange fer-soufre

Préparons un mélange intime de $7\;g$ de fer et $4\;g$ de soufre.
 
Chauffons à une extrémité du mélange. On observe une propagation de la combustion du mélange fer-soufre.
 
On obtient à la fin un corps grisâtre qui n'est pas attiré par un aimant : c'est du sulfure de fer.

II- Définitions :

Une réaction chimique est une transformation de corps purs en d'autres corps purs.
 
Les corps qui réagissent et qui disparaissent sont appelés réactifs. 
 
Les corps purs qui se forment ou qui apparaissent lors de la réaction sont les produits de la réaction

 

 

III- Caractéristiques d'une réaction

III-1. Aspects énergétiques

La réaction entre l'acide chlorhydrique et le calcaire s'accompagne d'un dégagement de chaleur : 
 
la réaction est dite exothermique.
 
Certaines réactions se déroulent en absorbant de la chaleur : 
 
ces réactions sont dites endothermiques. 
 
Pour d'autres, aucun effet thermique n'est observé : 
 
on a une réaction athermique.

III-2. La loi de conservation :

a) Combustion fer-soufre

                                                         
 
La réaction entre $7\;g$ de fer et $4\;g$ de soufre donne $11\;g$ de sulfure de fer. 
 
Cette expérience montre que la somme des masses des réactifs ayant disparu est égale à celle des produits apparus (le sulfure de fer).

b) Réaction acide-calcaire


                                                       


 

 
La balance est en équilibre avant la réaction et reste toujours en équilibre à la fin de la réaction. 
 
La masse reste invariable au cours de la transformation : 
 
la masse se conserve au cours d'une réaction chimique.

Interprétation

Au cours d'une réaction chimique, il y a une conservation de la matière. 
 
La matière étant constituée d'atomes, il y a alors conservation des atomes présents dans les molécules des différents réactifs. 
 
Les atomes présents dans les réactifs se sont réorganisés pour donner les produits.

 

 

IV- Représentation d'une réaction chimique

On utilise les formules chimiques des réactifs et des produits pour représenter une réaction chimique. 
 
On obtient une écriture symbolique appelée équation bilan.

IV-1. L'équation de la réaction :

Elle indique les différents corps (réactifs et produits) qui entre en jeu au cours de la réaction : 
 
c'est une représentation qualitative de la réaction. 
 
Les réactifs sont écrits à gauche et les produits à droite. 
 
Réactifs et produits sont séparés par une flèche qui indique le sens de la transformation

Exemples :

$\centerdot$ L'électrolyse de l'eau
$$H_{2}O\Longrightarrow H_{2}+O_{2}$$
 
$\centerdot$ La combustion du carbone
$$C+O_{2}\Longrightarrow CO_{2}$$
 
$\centerdot$ L'action de l'acide sur le calcaire
$$HCl+CaCO_{3}\Longrightarrow CaCl_{2}+H_{2}O+CO_{2}$$
 
$\centerdot$ La combustion du mélange fer-soufre
$$Fe+S\Longrightarrow Fe$$

Remarque :

$\centerdot$ Les réactifs sont à gauche de la flèche et les produits à droite.
 
$\centerdot$ la conservation de la matière n'est pas toujours vérifiée avec l'équation de la réaction. 
 
Dans ce cas, l'équation est dite non équilibrée (électrolyse de l'eau).

IV-2. L'équation bilan :

La réaction étant caractérisée par la conservation de la matière, sa représentation doit alors satisfaire à cette loi. 
 
L'équation de la réaction est corrigée si nécessaire : on obtient alors une équation bilan équilibrée.
 
L'équation bilan équilibrée conserve :
 
$\centerdot$ Les éléments chimiques : on a les mêmes éléments chimiques dans les réactifs que dans les produits.
 
$\centerdot$ Le nombre d'atomes de chaque élément chimique : pour un élément donné, on a le même nombre d'atomes dans les réactifs que dans les produits.

Conséquence : 

la masse des réactifs ayant disparu est égale à celle des produits apparus.

Exemples d'équation bilan :

$\centerdot\ $ Electrolyse de l'eau
$$2H_{2}O\Longrightarrow 2H_{2}+O_{2}$$
 
$\centerdot\ $ Action de l'acide chlorhydrique sur le calcaire
$$2HCl+CaCO_{3}\Longrightarrow CaCl_{2}+H_{2}O+CO_{2}$$
 
Les nombres utilisés pour équilibrer l'équation de la réaction sont appelés coefficients stoechiométriques.

L'équation bilan montre :

$\centerdot\ $  Au niveau microscopique, dans quelles proportions les espèces chimiques (atomes, molécules et ions) se combinent et disparaissent pour les réactifs et se forment pour les produits.
 
$\centerdot\ $  Au niveau macroscopique, dans quelles proportions les moles d'espèces chimiques se combinent et disparaissent pour les réactifs et se forment pour les produits.

Exemples :

$\centerdot\ $  L'équation de l'électrolyse de l'eau indique :
 
Au niveau microscopique que $2$ molécules d'eau se sont décomposées pour donner $2$ molécules de dihydrogène et une molécule de dioxygène
 
Au niveau macroscopique, $2$ moles d'eau ont donné $2$ moles de dihydrogène et une mole de dioxygène.
 
$\centerdot\ $ L'action de l'acide chlorhydrique sur le calcaire montre que :
 
Au niveau microscopique, $2$ molécules d'acide se combinent avec une molécule de calcaire pour donner une molécule de chlorure de calcium, une molécule d'eau et une molécule de gaz carbonique
 
Au niveau macroscopique, 2 moles d'acide se combinent avec une mole de calcaire pour donner une mole de chlorure de calcium, une mole d'eau et une mole de gaz carbonique

B- Le problème de chimie

1) Énoncé

Une électrolyse de l'eau $(H_{2}O)$ a permis de recueillir $56\;ml$ de dioxygène $(O_{2})$ dans les conditions normales. 
 
Trouver :
 
a) La masse d'eau décomposée.
 
b) Le volume de dihydrogène $(H_{2})$ recueilli simultanément.

2) Corrigé

$2 H_{2}O\longrightarrow 2 H_{2}+O_{2}$
$2\;mol\qquad 2\;mol\quad 1\;mol$
$n_{H_{2}O}\ ?\qquad n H_{2}\ ?\quad n O_{2}=$
 
le nombre de mole dans $56\;ml$ de $O_{2}$ est :
 
$n_{O_{2}}=\dfrac{v}{V}\rightarrow n_{O_{2}}=\dfrac{56\cdot 10^{-3}}{22.4}=2.5\cdot 10^{-3}mol$ 
 
a) La masse d'eau décomposée est :
 
$m_{H_{2}O}=n\cdot M$
 
$2\;mol\longrightarrow 1\;mol$
 
$n_{H_{2}O}$ ? $\longrightarrow n_{O_{2}}=n_{H_{2}O}=\dfrac{n_{O_{2}}\times 2}{1}=2 n_{O_{2}}$
 
$n_{H_{2}O}=\dfrac{n_{O_{2}}\times 2}{1}2\;n_{O_{2}}$
 
$n_{H_{2}O}=2\times 2.5\cdot 10^{-3}=5\cdot 10^{-3}mol$
 
$M(H_{2}O)=2M(H)+M(O)\rightarrow M(H_{2}O)=2\times 1\times 16=2+16=18\;g/mol$
 
$m_{H_{2}O}=5\cdot 10^{-3}\times 18=9\cdot 10^{-2}g$
 
b) Le volume de dihydrogène recueilli est de $v_{H_{2}}=n\cdot V\text{ avec }V=22.4\;mol/L$
 
$2\;mol\longrightarrow 1\;mol$
 
$n_{H_{2}}$ ? $\longrightarrow n_{O_{2}}=$
 
$n_{H_{2}}=\dfrac{n_{O_{2}}\times 2}{1}=2\times n_{O_{2}}$
 
$n_{H_{2}}=2\times 2.5\cdot 10^{-3}=5\cdot 10^{-3}mol$
 
$v_{H^{2}}=5\cdot 10^{-3}\times 22.4=112\cdot 10^{-3}L$

L'essentiel du cours

$\centerdot$ La réaction chimique transforme certains corps purs appelés réactifs en d'autres corps purs appelés produits.
 
$\centerdot$ La réaction chimique est représentée par une équation bilan qui satisfait à la loi de conservation de la matière et montre dans quelles proportions les réactifs se combinent et les produits se forment.
 
$\centerdot$ L'équation bilan permet de résoudre des problèmes de chimie.
 
Source: 
irempt.ucad.sn

Série d'exercices sur les Moles et grandeurs molaires - 4e

Classe: 
Quatrième
 

Exercice 1

Compléter le texte suivant en ajoutant les mots ou groupes de mots manquants
 
a) L'unité internationale de quantité de matière est la $\ldots\ldots$ Dans une mole on dénombre $\ldots\ldots$ particules identiques.
 
Une $\ldots\ldots$ d'atomes contient $6.02\cdot 10^{23}$ atomes.
 
b) Une mole de $\ldots\ldots$ est un nombre de molécules égal à $\ldots\ldots$ molécules.
 
c) On appelle $\ldots\ldots$ la masse d'une mole. 
 
On exprime la masse molaire en $\ldots\ldots$
 
La $\ldots\ldots$ est la masse d'une mole d'atomes.
 
La masse $\ldots\ldots$ ou $\ldots\ldots$ .est la masse d'une mole de molécules.
 
d) Pour obtenir la masse molaire d'un corps, on fait $\ldots\ldots$ des masses molaires atomiques des atomes qui le composent.
 
e) Le volume molaire est le volume $\ldots\ldots$ d'un corps gazeux.
 
Il n'est défini que pour les $\ldots\ldots$
 
Le volume molaire d'un corps gazeux, dans les conditions normales de pression et de température, $\ldots\ldots$

Exercice 2

Une mole d'eau pèse $18\;g$ ; trouver le nombre de moles contenues dans les différentes masses d'eau suivantes :
 
1) : $7.2\;g$ 
 
2) : $9\;mg$
 
3) : $360\;g$
 
4) : $20\;g$
 
5) : $1\;kg$

Exercice 3 

Calculer la masse molaire de chacun des corps notés ci-dessous.
 
1) $O_{3}$
 
2) $H_{2}SO_{4}$
 
3) $AlCl_{3}$
 
4) $HCl$
 
5) $NaOH$
 
6) $Al_{2}(SO_{4})_{3}$
 
7) $C_{4}H_{10}$
 
8) $S_{2}$
 
9) $ZnSO_{4}$
 
10) $Fe_{3}O_{4}$
 
11) $Ca(OH)_{2}$
 
12) $CaCO_{3}$
 
13) $Ca(HCO_{3})_{2}$
 
14) $HNO_{3}$

Exercice 4 

Calculer le nombre de moles contenu dans chacune des quantités suivantes.
 
1) $980\;mg$ d'acide sulfurique $H_{2}SO_{4}$
 
2) $1\;kg$ de sucre (glucose) $C_{6}H_{12}O_{6}$
 
3) $460\;g$ d'alcool éthylique $C_{2}H_{5}OH$
 
4) $336\;mL$ de gaz butane $C_{4}H_{10}$
 
5) $4.48\;L$ de gaz dioxyde de carbone $CO_{2}$
 
6) $6.84\;g$ de sucre (saccharose) $C_{11}H_{22}O_{11}$

Exercice 5 

Trouver le volume occupé dans les conditions normales par
 
1) $3.6\;g$ de gaz méthane $CH_{4}$
 
3) $320\;mg$ de dioxygène $O_{2}$
 
3) $3.65\;mg$ de gaz chlorhydrique $HCl$
 
4) $22\;g$ de dioxyde de carbone $CO_{2}$

Exercice 6 

Trouver la masse de :
 
1) $140\;mL$ de gaz chlorhydrique $HCl$
 
2) $1.12\;L$ de dihydrogène $H_{2}$
 
3) $17.92\;mL$ de gaz méthane $CH_{4}$
 
4) $2.8\;L$ de dioxygène $O_{2}$
 

Exercice 7 Maitrise de connaissance

Recopie et complète les phrases par les mots ou groupes de mots convenables.
 
La $\ldots\ldots$ est l'unité de quantité de matière. 
 
Une mole d'atomes contient $N$ $\ldots\ldots$ $N$ est appelé $\ldots\ldots$
 
La masse molaire d'un corps est la masse d'une $\ldots\ldots$ d'atomes de ce corps. 
 
Le volume $\ldots\ldots$ d'un gaz est le volume occupé par une $\ldots\ldots$ de ce gaz. 
 
Dans les conditions normales de température et de pression, le volume molaire d'un gaz est de $\ldots\ldots$ $L\cdot mol^{-1}.$ 
 
Des volumes égaux de différents gaz mesurés dans les mêmes conditions de température et de pression renferment la même $\ldots\ldots$ de matière.

Exercice 8 Entités et quantité de matière

1) Détermine la quantité de matière d'un échantillon contenant :
 
a) $2.43\times 10^{21}$ atomes de carbone ;
 
b) $8.35\times 10^{24}$ molécules d'eau
 
2) Détermine le nombre $N$ de molécules contenues dans les échantillons suivants :
 
a) $5.25\times 10^{-3}$ mol de glucose ;
 
b) $11.2\;L$ de chlorure d'hydrogène mesuré dans les $C.N.T.P.$

Exercice 9 Volume et quantité de matière

Calcule les nombres de moles que renferment les échantillons ci-dessous :
 
Volume $v=67.2\;L$ de dioxygène $\left(O_{2}\right)$ ;
 
Volume $v'=56\;cm^{3}$ de diazote $\left(N_{2}\right)$

Exercice 10 Volume molaire

On prépare au laboratoire un volume $v=3\;L$ de dioxygène de masse $m=4\;g.$
 
Déterminer le volume molaire dans les conditions de l'expérience.

Exercice 11 Masse et quantité de matière

Complète le tableau en calculant $M\text{ et }n$
$$\begin{array}{|l|l|c|c|c|} \hline \text{Nom}&\text{Formule}&M\left(g\cdot mol^{-1}\right)&m&n(mol)\\ \hline \text{Chlorure de sodium}&NaCl& &50\;g&\\ \hline \text{Saccharose}&C_{12}H_{22}O_{11}& &0.25\;kg& \\ \hline \text{Acide lactique}&C_{3}H_{6}O_{3}& &10\;mg&\\ \hline \text{Ethanol}&C_{2}H_{6}O& &100\;g&\\ \hline \end{array}$$

Exercice 12

Le sucre est un solide moléculaire constitué de saccharose de formule $C_{12}H_{2}2O_{11}.$ 
 
Un sachet de sucre en poudre a une masse $m=5\;g.$
 
Calcule la masse molaire moléculaire du saccharose.
 
Calcule la quantité de matière en saccharose.
 
Déduis-en le nombre de molécules de saccharose contenues dans le sachet.

Exercice 13 Synthèse d'un ester

Un chimiste synthétise un ester à odeur de banane utilisé pour parfumer certains sirops ou confiseries. 
 
Il introduit dans un ballon, en prenant les précautions nécessaires, les quantités de matière $n_{1}=0.50$ mol d'alcool isoamylique $\left(C_{5}H_{12}O\right)$ et $n_{2}=0.10$ mol d'acide acétique $\left(C_{2}H_{4}O_{2}\right).$
 
Quels volumes $V_{1}\text{ et }V_{2}$ d'alcool et d'acide doit-il prélever ?
 
Données : 
 
Masse volumique de l'alcool isoamylique $\rho_{1}=0.810\;g\cdot mL^{-1}$ ; masse volumique de l'eau $\rho_{e}=1.0\;g\cdot mL^{-1}$ ; densité de l'acide acétique : $d=1.05$

Exercice supplémentaire

La Grotte du Chien

Le dioxyde de carbone peut se former dans les profondeurs terrestres lorsque certains types de roches réagissent entre eux à l'état liquide. 
 
Pendant leurs éruptions, les volcans actifs sont capables de restituer de grandes quantités de gaz, et même dans les zones de volcans éteints depuis longtemps, du dioxyde de
carbone peut s'échapper de fissures dans les roches. 
 
La plus célèbre, peut-être, de ces types de source de dioxyde de carbone est la Grotte du Chien (Grottadel Cane), près de Naples en Italie.
 
Au cours des siècles passés, quand des gens entraient dans la grotte avec leur chien, le chien suffoquait alors que rien n'arrivait à son propriétaire $\ldots\ldots\ldots\ldots\ldots\ldots$$\ldots\ldots\ldots\ldots$
 
Comment expliquer que le chien suffoque alors que rien n'arrive à son propriétaire ?
 

$\begin{array}{c}\blacktriangleright\,\boxed{\text{Correction des exercices}}\end{array}$

 

Source: 
irempt.ucad.sn & ADEM

Mole et grandeurs molaires - 4e

Classe: 
Quatrième
 

Activité 

Un  grain de riz a une masse de $0.02\;g$, combien de grains y a-t-il dans $1\;kg$ ? 
 
S'il faut 1 s pour compter un grain, quel temps mettra-t-on pour compter le nombre de grain dans un $kg$ ? 
 
Est-il raisonnable qu'un commerçant vende du riz en comptant les grains ?

Réponse :

$50\ 000$ grains ; $t=50\ 000\,s=13\,h\ 53\,min\ 20\,s.$
 
Pour mesurer des quantités de riz, le commerçant a besoin d'une unité de mesure appropriée telle que le kilogramme ou des pots.
 
Chaque unité contient un nombre élevé de grains. 
 
Par exemple $1\,Kg$ de riz contient $50\ 000$ grains de riz.
 
Le chimiste, dans ses expériences travaille avec des atomes, des ions ou des molécules qui sont infiniment petits comparés aux grains de riz.
 
Les grains de matière (atomes, ions, molécules...) sont infiniment petits à l'échelle humaine, leur manipulation ne peut se faire que par groupes. 
 
Les chimistes ont adopté une unité de mesure de la quantité de matière qui correspond à un nombre fixe de grains de matière identiques. Cette unité est la mole.

I- La mole

I-1. Notion de mole

Activité 1

Trouver le nombre d'atomes contenu dans un échantillon de $12\;g$ de carbone, sachant qu'un atome de carbone pèse $1.993\cdot 10^{-23}g.$
 
Le nombre d'atomes dans un $kg$ de carbone est :
 
$N_{C}=\dfrac{m_{C}}{m_{At}}.$
 
$N_{C}=\dfrac{12}{1.993\cdot 10^{-23}}=6.02\cdot 10^{-23}$
 
$N_{C}=6.02\cdot 10^{23}$ atomes=$6.02\cdot 10^{23}$ atomes
 
Soit six cent deux mille milliards de milliards d'atomes dans $1\;g$ de carbone.
 
Le décompte de telles particules oblige les chimistes à utiliser des quantités de matière appelés moles.

Activité 2

Remplir le tableau ci-dessous :
$$\begin{array}{|c|c|c|c|} \hline \text{Corps}&\text{Masse d'un grain}&\text{Masse de l'échantillon}&\text{Nombre de particules}\\ &\text{de matière}& &\\ \hline \text{carbone}&1.99\cdot 10^{-23}g&12\;g&6.02\cdot 10^{23}\\ \hline \text{Eau}&2.99\cdot 10^{-23}g&18\;g& \\ \hline \text{Fer}&9.30\cdot 10^{-23}g&56\;g& \\ \hline \text{soufre}&5.32\cdot 10^{-23}g&32\;g& \\ \hline \end{array}$$

Constat :

Le nombre de particules (atomes ou molécules) trouvé reste pratiquement constant.

Conclusion 

Les échantillons d'eau de fer et de soufre contiennent approximativement le même nombre de particules que $12$ grammes de carbone. Ce nombre constitue une mole de particules.
 
$\centerdot\ $ une mole d'eau pèse $18\;g$
 
$\centerdot\ $ une mole de carbone pèse $12\;g$
 
$\centerdot\ $ une mole de fer pèse $56\;g$
 
$\centerdot\ $ une mole de soufre pèse $32\;g$
 
Le nombre d'atomes dans $12\;g$ de carbone est appelé mole.

I-2. La constante d'Avogadro

$12\;g$ de carbone contiennent approximativement $6.02\cdot 10^{23}$ atomes. 
 
Ce nombre est appelé nombre d'Avogadro, on le note $\mathcal{N}.$
$$\boxed{\text{Nombre d'Avogadro}=\mathcal{N}=6.02\cdot 10^{23}}$$

Définition 

Une mole est un ensemble de particules identiques contenant $6.02\cdot 10^{23}$ particules.

Exemples :

Une mole d'eau contient $6.02\cdot 10^{23}$ molécules
 
Une mole de fer contient $6.02\cdot 10^{23}$ atomes.
 
Une mole de dioxygène contient $6.02\cdot 10^{23}$ molécules.
 
Une mole de dioxyde de carbone (gaz carbonique) contient $6.02\cdot 10^{23}$ molécules.
 
Une mole de carbone contient $6.02\cdot 10^{23}$ atomes.
 
Une mole de riz contient $6.02\cdot 10^{23}$ grains de riz.

Conclusion 

Le nombre constant $\left(6.02\cdot 10^{23}\right)$ particules que l'on dénombre dans une mole est la constante d'Avogadro. 
 
Elle est notée $\mathcal{N}$ et vaut 602 000 milliards de milliards.
$$\mathcal{N}=6.02\cdot 10^{23}$$

NB : 

La constante d'Avogadro est le nombre d'atomes contenus dans $12\;g$ de carbone $12$

Définition

La mole est l'unité internationale de quantité de matière.
 
Son symbole est : mol.

II- Grandeurs molaires

Pour travailler avec des quantités de matière constituées de molécules, d'atomes ou d'ions avec nos instruments habituels de mesures telles que la balance, on les regroupe par paquet de matière :
 
chaque paquet contenant $\mathcal{N}$ particules.

II-1. Mole de particules

La mole s'applique aussi bien pour les atomes que pour les molécules ou les grains de riz.

Mole d'atomes

Une mole d'atomes est un nombre d'atomes égal à $\mathcal{N}$ atomes c'est à dire $6.02\cdot 10^{23}$ atomes.
$$1\text{ mol d'atomes}=\mathcal{N}\text{ atomes}=6.02\cdot 10^{23}\text{ atomes}$$

Mole de molécules

Une mole de molécules est un nombre de molécules égal à $\mathcal{N}$ molécules c'est à dire $6.02\cdot 10^{23}$ molécules.
$$1\text{ mol de molécules}=\mathcal{N}\text{ molécules }=6.02\cdot 10^{23}\text{ molécules}.$$

Mole de riz

Une mole de riz est un nombre de grains de riz égal à $\mathcal{N}$ grains c'est à dire $6.02\cdot 10^{23}$ grains.
$$1\text{ mol riz}=\mathcal{N}\text{ grains }=6.02\cdot 10^{23}\text{ grains.}$$

II-2. La masse molaire

C'est la masse d'une mole. 
 
On la note $M$ et on l'exprime en $g/mol$ ou $g\cdot mol^{-1}$

II-3. Masse molaire atomique

La masse molaire atomique est la masse d'une mole d'atomes. 
 
On la note par $M$ (symbole de l'élément chimique).

Exemple :

$M(Fe)=56\;g\cdot mol^{-1}$
 
$M(O)=16\;g\cdot mol^{-1}$
 
$M(H)=1\;g\cdot mol^{-1}$

II-4. Masse molaire moléculaire

II-4.1. Définition

La masse molaire moléculaire ou masse molaire est la masse d'une mole de molécules. 
 
On la note $M$(symbole de la molécule).

Exemples 

$M(H_{2}O)=18\;g\cdot mol^{-1}$
 
$M(H_{2})=2\;g\cdot mol^{-1}$
 
$M(NaOH)=40\;g\cdot mol^{-1}$

II-4.2. Calcul de la masse molaire

Pour obtenir la masse molaire d'un corps, on fait la somme des masses molaires atomiques des atomes qui le composent.

Exemples

\begin{eqnarray} M(H_{2}O) &= &2 M(H)+M(O)\nonumber\\ &=& 2\times 1+1\times 16\nonumber\\ &=& 2+16\nonumber\\ &=& 18\;g\cdot mol^{-1}\nonumber \end{eqnarray}
 
\begin{eqnarray} M(NaOH) &= & M(Na)+M(O)+M(H)\nonumber\\ &=& 1\times 23+1\times 16+1\times 1\nonumber\\ &=& 23+16+ 1 \nonumber\\ &=& 40\;g\cdot mol^{-1}\nonumber \end{eqnarray}

III- Le volume molaire d'un gaz

Le volume molaire $V_{m}$ est le volume d'une mole d'un corps gazeux. 
 
Il n'est défini que pour les corps gazeux. 
 
Il s'exprime en $L\cdot mol^{-1}$

III-1. Le volume molaire dans les conditions normales

Dans les conditions dites normales $(0^{\circ}$C, $76\;cm$ de mercure..), une mole de gaz occupe $22.4\;L.$
 
On note $V_{0}=22.4\;L\cdot mol^{-1}$

III-2. La densité par rapport à l'air

La densité par rapport à l'air des corps gazeux est souvent définie par rapport à l'air c'est le rapport entre la masse d'un volume de gaz sur la masse d'un égal volume d'air pris dans les mêmes conditions.
 
Elle est égale au rapport de la masse molaire $M$ du corps gazeux sur la masse d'un égal volume d'air soit $29\;g$ pour la mole d'air.
$$d=\dfrac{M}{29}$$

IV- Applications

Calcul de la quantité $n$ de matière

1) dans une masse $m_{x}$ d'un corps $X$

Le nombre de mole $n_{x}$ contenu dans une masse $m_{x}$ d'un corps $X$ est donné par :
$$\boxed{n_{x}=\dfrac{m}{M(X)}}$$

Exemple : 

le nombre de mole dans $7.2\;g$ d'eau est :
 
$n_{H_{2}O}=\dfrac{m}{M(H_{2}O)}=m_{H_{2}O}=7.2\;g$
 
$M(H_{2}O)=2.1+1.16=18\;g/mol$
 
$n_{H_{2}O}=\dfrac{7.2}{18}=0.4\;mol$

Conséquences : calcul de la masse d'un corps $X$

La masse $m_{x}$ d'un corps $X$ peut être calculée à partir de :
$$\boxed{m_{x}=n_{x}\cdot M(X)}$$

Exemple : 

la masse de 0.5 mol de $CO_{2}$ est :
 
$m_{CO_{2}}=n_{CO_{2}}\cdot M(CO_{2})$
 
$n_{CO_{2}}=0.5\;mol$
 
$M_{(CO_{2})}=M(C)+2M(O)$
 
$M_{(CO_{2})}=1.12+2.16=12+32=44\;g/mol.$
 
$m_{CO_{2}}=0.5\cdot 44=22\;g$

2) dans le volume $V$ d'un corps gazeux.

Le nombre de mole $n$ contenu dans un volume $V$ d'un corps gazeux est :
$$\boxed{n_{g}=\dfrac{v_{g}}{v}}$$

Exemple : 

le nombre de mole contenu dans 1.12 L de dihydrogène dans les conditions normales
 
$n_{H_{2}}=\dfrac{v_{H_{2}}}{v}$
 
$v_{H_{2}}=1.12\;L$
 
$v=22.4\;L/mol$
 
$n_{H_{2}}=\dfrac{1.12}{22.4}=0.05\;mol$

Conséquence : Calcul du volume $V_{g}$ d'un corps gazeux

Le volume $V_{g}$ d'un corps gazeux est donné par :
$$\boxed{V_{g}=n_{g}\cdot V}$$

Exemple : 

le volume occupé par 0.1 mol de butane dans les conditions normales est :
 
$V_{C_{4}H_{10}}=n_{C_{4}H_{10}}\cdot V$
 
$n_{C_{4}H_{10}}=0.1\;mol$
 
$v=22.4\;L/mol$
 
$V_{C_{4}H_{10}}=0.1\cdot 22.4=2.24\;L$

L'essentiel du cours

Mole : La mole (mol) est l'unité de quantité de matière
 
Constante d'Avogadro : Le nombre constant $\left(6.02\cdot 10^{23}\right)$ particules que l'on dénombre dans une mole est la constante d'Avogadro.
 
Elle est notée $\mathcal{N}$ et vaut 602 000 milliards de milliards.
 
Mole d'atomes : 1 mol d'atomes=$\mathcal{N}$ atomes=$6.02\cdot 10^{23}$ atomes
 
Mole de molécules : 1 mol de molécules=$\mathcal{N}$ molécules=$6.02\cdot 10^{23}$ molécules.
 
Masse molaire : C'est la masse d'une mole, on l'exprime en $g/mol=g\cdot mol^{-1}$
 
Masse molaire atomique : C'est la masse d'une mole d'atomes, on l'exprime en $g/mol=g\cdot mol^{-1}$
 
Masse molaire moléculaire : C'est la masse d'une mole de molécules, on l'exprime en $g/mol=g\cdot mol^{-1}$
 
Volume molaire : C'est le volume d'une mole d'un corps gazeux, on l'exprime en $L/mol=L\cdot mol$
 
Source: 
irempt.ucad.sn

Série d'exercices sur les Mélanges et corps purs - 4e

Classe: 
Quatrième
 

Exercice 1   

Encadrer la lettre correspondant à la bonne réponse.
 
Un mélange dans lequel on peut distinguer les différents constituants à l'œil nu est un mélange dit
 
a) Homogène
 
b) hétérogène
 
c) stable

Exercice 2     

On dispose des mélanges suivants :
 
a) eau de mer ;
 
b) eau de ruissellement ;
 
c) eau minérale ;
 
d) jus de bissap ;
 
e) fer+soufre ;
 
f) huile+eau
 
Compléter le tableau ci-dessous en écrivant la lettre correspondant à chaque mélange dans la colonne qui convient
$$\begin{array}{|c|c|} \hline \text{Mélange homogène}&\text{Mélange hétérogène}\\ \hline &\\ \hline \end{array}$$

Exercice 3    

a) eau de mer ; 
 
b) eau de ruissellement ;
 
c) eau minérale ; 
 
d) jus de bissap ;
 
e) fer+soufre ; 
 
f) huile+eau
 
Donner pour chaque mélange la méthode de séparation appropriée
$$\begin{array}{|c|c|} \hline \text{Mélanges}&\text{Méthodes de séparations}\\ \hline &\\ \hline \end{array}$$
 
Choisir la bonne réponse On peut séparer l'eau et le sucre par
 
$\centerdot\ $ Décantation
 
$\centerdot\ $ Filtration
 
$\centerdot\ $ Distillation

Exercice 4   

Compléter le texte par les mots suivants :
 
filtration, potable, hétérogène, décantation.
 
Une ménagère a ramené de l'eau du fleuve.
 
Cette eau est un mélange$\ldots$.
 
Elle la laisse au repos dans la bassine pendant une demi-heure, des substances étrangères se déposent au fond du récipient par$\ldots$.
 
elle verse l'eau dans un canari à travers un morceau à gaze. L'opération s'appelle la $\ldots$. 
 
Le filtrat est un mélange $\ldots$
 
Puis, elle y introduit quelques gouttes d'eau de javel pour rendre l'eau$\ldots$. 

Exercice 5     

La chambre de Samba a les dimensions suivantes : $3\;m\;;\ 3.30\;m\;;\ 3.5\;m.$
 
1) Quel volume d'air renferme cette chambre.
 
2) Calculer le volume de dioxygène disponible pour samba.
 
3) Calculer le volume de diazote présent dans la chambre de Samba

Exercice 6    

Comment peut-on, à partir d'une eau boueuse et salée, obtenir :
 
1) Une eau limpide et salée ?
 
2) Une eau limpide non salée ?

Exercice 7    

Recopier et mettre une croix devant la bonne réponse.
 
1) On peut distinguer deux constituants d'un mélange
 
$\centerdot\ $ homogène 
 
$\centerdot\ $ hétérogène
 
2) La filtration permet de séparer les constituants d'un mélange 
 
$\centerdot\ $ homogène
 
$\centerdot\ $ hétérogène.
 
3) Pour séparer les constituants d'un mélange homogène, on peut utiliser 
 
$\centerdot$ une décantation 
 
$\centerdot\ $ une distillation.
 
4) Lorsqu'on laisse reposer un mélange, on réalise 
 
$\centerdot\ $ une décantation 
 
$\centerdot\ $ une distillation.

Exercice 8      

Modou explique à Fatou comment on fabrique du '' Café Touba '' : il lui indique les trois (3) étapes que comprend cette préparation.
 
$1^{ère}$ étape : mettre de l'eau dans une cafetière, porter l'eau à l'ébullition puis ajouter la poudre de  ''Café Touba'' et attendre quelles minutes.
 
$2^{ème}$ étape : Faire passer le mélange obtenu à travers un tissu pour recueillir la partie liquide.
 
$3^{ème}$ étape : Ajouter du sucre à volonté et remuer à l'aide d'une cuillère. 
 
Le ''Café Touba'' est prêt.
 
Quel type de mélange obtient-on à la fin de la $1^{ère}$ étape ?
 
Quelle est la méthode de séparation utilisée dans la $2^{ème}$ étape ?
 
Comment appelle-t-on, en chimie, le liquide obtenu ; est-ce un corps pur ?
 
Quel type de mélange obtient-on à la fin de la $3^{ème}$ étape ? 
 
Justifier votre réponse. 

Exercice 9     

Le schéma ci-dessous est celui de la distillation de l'eau salée.
 
1) Donner les éléments manquants des annotations
 
2) Indiquer les changements d'états physiques qu'on y rencontre et préciser à quel niveau ?
 
3) Quel est le corps obtenu, donner quelques unes de ses propriétés ?

 

 

Exercice 10     

Le schéma ci dessous est un élément du montage expérimental de l'électrolyse de l'eau.
 
1) Préciser les noms respectifs des électrodes $A\text{ et }B.$
 
2) Quels gaz recueille-t-on sur l'électrode $A$ et sur l'électrode $B$ ?
 
3) Comment caractérise-t-on chacun des gaz 

 Exercice 11    

Fais correspondre par une flèche chaque expression à la bonne réponse.
$$\begin{array}{|lcr|} \hline \text{Mélange}&\qquad\qquad&\text{Mélange dans lequel on ne peut pas}\\ &\qquad\qquad&\text{distinguer ses différents constituants}\\ \\ \text{Corps pur simple}&\qquad\qquad&\text{Association de deux ou de plusieurs}\\ &\qquad\qquad&\text{substances}\\ \\ \text{Mélange homogène}&\qquad\qquad&\text{Transformation qui ne modifie pas la}\\ &\qquad\qquad&\text{nature des corps}\\ \\ \text{Corps pur composé}&\qquad\qquad&\text{Association de plusieurs substances}\\ &\qquad\qquad&\text{qu'on peut distinguer}\\ \\ \text{Mélange hétérogène}&\qquad\qquad&\text{Un corps qui peut se décomposer en}\\ &\qquad\qquad&\text{d'autres corps}\\ \\ &\qquad\qquad&\text{Un corps qui ne peut pas se}\\ &\qquad\qquad&\text{décomposer en d'autres corps}\\ \hline \end{array}$$

Exercice 12    

On dispose des mélanges suivants :
 
$\centerdot\ $ eau de mer
 
$\centerdot\ $ eau de ruissellement
 
$\centerdot\ $ eau minérale
 
$\centerdot\ $ jus de bissap
 
$\centerdot\ $ fer+souffre
 
$\centerdot\ $ huile+eau
 
Reproduis le tableau ci-dessous et écris chaque mélange dans la colonne qui convient
$$\begin{array}{|c|c|} \hline \text{Mélange homogène}&\text{Mélange hétérogène}\\ \hline &\\ &\\ &\\ &\\ &\\ \hline \end{array}$$

Exercice 13      

Recopie et complète les phrases ci-dessous avec les expressions suivantes :
 
filtration, mélange homogène, mélange hétérogène, décantation, distillation, de l'eau.
 
1) Dans un jus d'orange, il y a de la pulpe d'orange, du sucre, et ......... La pulpe se dépose : 
 
le jus d'orange constitue un .......... 
 
Le jus filtré est un ...........
 
2) La boue se dépose au fond d'un lac par ......... 
 
L'eau qui pénètre dans le sol, traverse les couches de sable par ........... et devient limpide.
 
3) Lors d'une pénurie d'eau, une ménagère puise de l'eau dans un puits.
 
Cette eau est un mélange ........... 
 
Elle la laisse au repos dans un récipient pendant quelques minutes. 
 
Des particules lourdes se déposent au fond du récipient par ..........
 
Elle transvase l'eau dans une bassine à travers un morceau de gaze pour retenir les particules légères : 
 
cette opération appelée .......... ; elle donne un mélange .........

Exercice 14    

Propose une méthode de séparation appropriée pour chacun des mélanges ci-dessous.
 
1) Fer et soufre
 
2) Eau et sucre
 
3) Eau et huile
 
4) Farine et grain de mil
 
5) Sable et eau

Exercice 15     

Recopie le tableau et indique la nature (corps pur, mélange, corps pur simple, corps pur composé) de la substance.
$$\begin{array}{|c|c|} \hline \text{Substance}&\text{Nature de la substance}\\ \hline \text{Eau salée}&\\ \hline \text{Jus de bissap}&\\ \hline \text{Pain}&\\ \hline \text{Dioxyde de carbone}&\\ \hline \text{Eau distillée}&\\ \hline \text{dioxygène}&\\ \hline \end{array}$$

Exercice 16     

Au cours d'une électrolyse de l'eau pure, un élève a recueilli $12.5\;cm^{3}$ d'un gaz qui rallume un brin incandescent.
 
1) Donne le nom de ce gaz ? A quelle électrode a-t-il été recueilli ?
 
2) Quel autre gaz doit-il recueillir à l'autre électrode ? 
 
Comment l'identifie-t-on ? 
 
Précise son volume.

Exercice 17     

Dans un eudiomètre, on mélange $40\;cm^{3}$ de dioxygène et $40\;cm^{3}$ de dihydrogène.
 
On fait jaillir une étincelle électrique dans le mélange.
 
1) Montre qu'il reste un gaz à la fin de l'opération.
 
2) Détermine le volume du gaz restant.

Exercice 18     

Recopie et complète les phrases ci-dessous
 
1) A la pression atmosphérique normale, la vaporisation et la ........ de l'eau pure se produisent à la même température constante égale à .........
 
2) La fusion et la .......... de l'eau pure se produisent à la température constante égale à ..........
 
3) Pour un corps .........., la température d'ébullition et la température de fusion sont des constantes physiques.

Exercice 19      

Une chambre fermée a les dimensions suivantes :
 
$\text{Longueur}=3.50\;m\;;\text{ largeur}=3.20\;m\text{ et hauteur}=3.10\;m.$
 
1) Calcule le volume d'air contenu dans la salle.
 
2) Déduis-en les volumes de dioxygène et de diazote contenus dans la salle.

Exercice 20     

Lorsqu'on sort une bouteille d'eau du réfrigérateur, ses parois extérieures se recouvrent de gouttelettes d'eau (buée). 
 
Sachant que l'air contient de la vapeur d'eau, explique la provenance de cette buée.

Exercice supplémentaire     

Exploitation d'un document
 
L'eau douce est rare dans les contrées désertiques ; or certaines d'entre elles, comme les pays du golfe persique, ont à leur portée d'immenses quantités d'eau de mer. 
 
Cette inépuisable réserve d'eau, hélas, est inutilisable telle quelle, en raison de la présence du sel qui la rend impropre à la consommation et à l'irrigation des terres agricoles. 
 
Aussi a-t-on pensé obtenir de l'eau douce à partir de l'eau de mer. 
 
Le dessalement de l'eau de mer peut être pratiqué dans les usines situées à proximité des rivages. 
 
L'eau de mer d'abord est portée à ébullition, puis la vapeur obtenue est liquéfiée.
 
1) Donne un titre à ce texte.
 
2) Nomme la technique utilisée pour rendre l'eau de mer propre à l'irrigation.
 
3) Relève dans le texte les passages qui relatent les différentes étapes de cette technique.
 
4) Précise la nature du corps obtenu.
 
5) Quelles mesures doit-on effectuer pour vérifier la pureté du corps recueilli ? 
 
Donne les résultats attendus.
 

$\begin{array}{c}\blacktriangleright\,\boxed{\text{Correction des exercices}}\end{array}$

 
Source: 
irempt.ucad.sn & ADEM

Mélanges et corps purs - 4e

Classe: 
Quatrième
 

Activité 1 :

Eau limpide, Eau potable, mélanges
 
On dispose de béchers contenant :
 
1) de l'eau de robinet
 
2) de l'eau boueuse
 
3) de l'eau salée
 
4) de l'eau minérale
 
5) de l'eau de puits
 
a) Observer et décrire le contenu de chaque bécher.
 
b) Marquer d'une croix les cases qui permettent de caractériser les contenus par les mots limpide, potable, pur, mélange.
$$\begin{array}{|l|c|c|c|c|} \hline &\text{limpide}&\text{potable}&\text{pure}&\text{mélange}\\ \hline \text{Eau de robinet}& & & &\\ \hline \text{Eau boueuse}& & & &\\ \hline \text{Eau salée}& & & &\\ \hline \text{Eau de puits}& & & & \\ \hline \end{array}$$

Activité 2 : 

Vaporisation d'une eau minérale

Verser $2\;cm^{3}$ d'eau minérale environ dans un tube à essai, puis chauffer jusqu'à l'évaporation totale. 
 
Observer les parois du tube à essai et noter les constats

 

 
$L'évaporation\ de\ l'eau\ de\ mer\ dans\ les\ marais\ salants\ permet\ de\ recueillir\ des\ quantités\ énormes\ de\ sel$
$dans\ les\ régions\ de\ Kaolack\ et\ de\ Fatick$

I- Notion de mélange

I-1. Notion de mélange

Les eaux naturelles (l'eau boueuse, l'eau des fleuves, des océans, l'eau de pluie, celles des puits et l'eau minérale) contiennent en quantités plus ou moins importantes des substances étrangères.
 
Ce sont des mélanges. 
 
Un mélange est composé de plusieurs constituants différents. 
 
On distingue deux types de mélanges : des mélanges dont on ne peut pas distinguer les différents constituants et d'autres dont on peut distinguer les constituants.

I-2. Mélanges homogènes

L'eau salée contient du sel. Le jus de bissap contient du sucre et du bissap dissouts dans l'eau. Cependant on ne pas distinguer l'eau du sel : 
 
l'eau salée est un mélange homogène.
 
Un mélange est dit homogène si on ne peut pas distinguer à l'œil nu ses différentes parties.

Exemple : 

jus de bissap, eau sucrée, eau minérale, air$\ldots$

 

 
$Bras\ de\ mer\ :\ Le\ Saloum$
$Des\ quantités\ énormes\ de\ sel\ sont$
$dissoutes\ dans\ l'eau\ de\ mer$

I- 3. Mélanges hétérogènes

Un mélange est dit hétérogène si on peut distinguer à l'œil nu ses différentes parties.

Exemples : 

eau de ruissellement (eau boueuse), eau+huile, sable+ciment$\ldots$

II- Méthodes de séparation des mélanges

II- 1. Cas des mélanges hétérogènes

Dans une eau boueuse on distingue des particules solides en suspension dans l'eau. 
 
On peut obtenir une eau limpide à partir de cette eau boueuse. 
 
Il existe plusieurs méthodes physiques pour séparer les différents constituants du mélange hétérogène

II- 1.1. La décantation

Introduisons dans une ampoule à décanter un mélange eau plus huile.
 
Agitons puis laissons reposer le mélange.
 
Au bout d'un certain temps on observe une séparation entre l'huile et l'eau. 
 
L'huile étant plus légère que l'eau, flotte au dessus de celle-ci.
 
On dit qu'on a décanté le mélange hétérogène. 
 
La décantation consiste à laisser reposer le mélange.
 
Il se produit une séparation entre les différentes phases du mélange.

Remarque : 

laissons décanter une eau trouble contenant des particules solides en suspension. 
 
Au bout d'un certain temps on remarque que les particules solides se déposent au fond du récipient.
 
$\centerdot$ On complète la décantation par un transvasement pour récupérer la partie liquide (voir schéma).

 
                                                                                                   

 
$\centerdot$ Au laboratoire, on utilise une ampoule à décanter pour séparer les constituants d'un mélange de liquides non miscibles (exemples mélange eau-huile)

II-1.2. La filtration

La filtration est un procédé qui permet de séparer les différents constituants d'un mélange hétérogène solide-liquide. 
 
Pour cela on verse le mélange hétérogène à travers un papier filtre. 
 
Le liquide qui traverse le filtre est appelé filtrat ; c'est un mélange homogène. 
 
Les particules solides sont retenues par le papier filtre (voir schéma).

 
                                                                                                              

 

II- 2. Séparation des constituants des mélanges homogènes

On ne peut séparer les constituants d'un mélange homogène ni par la décantation, ni par la filtration. 
 
D'autres procédés sont utilisés. 
 
Ils sont basés sur les propriétés physiques telles que la température d'ébullition et la température de congélation.

II-2.1. La distillation

Dans un ballon on chauffe de l'eau salée. 
 
Au cours du chauffage, la température augmente et garde une valeur constante égale à $100^{\circ}$C pendant l'ébullition. 
 
La vapeur qui se dégage est liquéfiée dans un réfrigérant appelé aussi condenseur. 
 
Le liquide recueilli dans le bécher est appelé distillat : c'est de l'eau pure.

 
 
                                                                                         

 
Distiller un liquide, c'est le vaporiser puis le liquéfier. La distillation permet de séparer les différents constituants d'un mélange homogène.
 

 

 

II-2.2. Autres méthodes de séparations 

Il existe d'autres méthodes de séparation parmi lesquelles on peut citer :
 
$\centerdot$ Pour les mélanges solide-solide, on a : 
 
le triage, le vannage, la ventilation, le tamisage, le criblage, la centrifugation$\ldots$
 
$\centerdot$ Pour les liquides : distillation fractionnée, congélation fractionnée,

Applications

La distillation fractionnée du pétrole ou des gaz naturels est effectuée par les sociétés de raffinage.
 
En chauffant le pétrole brut, à différents étages qui correspondent à des températures différentes, on récupère divers produits dont l'essence, le gasoil, le fuel, le kérosène, le mazout, le goudron.

II-2.3. Propriétés physiques des corps purs

a) Les constantes physiques d'un corps pur

Durant l'ébullition, la température de la vapeur d'eau reste constante à $100^{\circ}$C.
 
Cette température correspond à la température d'ébullition de l'eau ; c'est une constante physique pour l'eau.
 
Il existe d'autres constantes physiques pour l'eau parmi lesquelles on peut citer : 
 
la température de fusion, la température d'ébullition la masse volumique$\ldots$,
 
Le tableau ci-dessous donne quelques valeurs des constantes physiques de l'eau
$$\begin{array}{|c|c|c|} \hline \text{Température d'ébullition}&\text{Température de fusion}&\text{Masse volumique}\\ \hline 100^{\circ}C&0^{\circ}C&1000\;kg\cdot m^{-3}\\ \hline \end{array}$$
 
Tout corps pur est caractérisé par ses constantes physiques.

Exemples : 

Valeurs des constantes physiques de quelques corps purs
$$\begin{array}{|c|c|c|c|} \hline &\text{Aluminium}&\text{éthanol}&\text{eau}\\ \hline \text{Température}&2518.9&78&100\\ \text{d'ébullition}(^{\circ}C)& & &\\ \hline\text{Température de}&660&-117&0\\ \text{congélation}(^{\circ}C)& & &\\ \hline \text{Masse volumique}&2700&810&1000\\ \left(kg/m^{3}\right)& & &\\ \hline \end{array}$$

b) Critères de pureté

Pour vérifier la pureté d'un corps pur, on mesure ses constantes physiques. 
 
On compare les résultats avec les valeurs données dans les tables des constantes physiques.

III- Autres exemples de mélanges

III- 1. Un mélange gazeux : l'air

L'air qui nous entoure nous permet de respirer et de faire la combustion de plusieurs corps, en particulier pour la cuisson des aliments que nous mangeons.

III- 1.1. Expérience

Une bougie allumée est plantée dans une cuve contenant de l'eau, puis coiffée d'une éprouvette graduée. L'éprouvette est remplie d'air.
 
Au bout de quelques instants
 
$-\ $ La bougie s'éteint
 
$-\ $ L'eau de la cuve remonte à 1/5 du volume de l'éprouvette.

 
                                                                                                 

 
La bougie est éteinte du fait que le dioxygène, constituant de l'air qui entretient la combustion est totalement consommée.
 
L'eau de la cuve est remontée dans l'éprouvette pour remplacer le dioxygène consommé.

III- 1.2. Conclusion  

L'air est constitué de 1/5 de dioxygène et 4/5 de diazote. 
 
D'autres expériences permettent de montrer que l'air sec est un mélange gazeux dont la composition volumique est :
 
$\centerdot\ 78\%$ de diazote
 
$\centerdot\ 21\%$ de dioxygène
 
$\centerdot\ 1\%$ de gaz rares

III- 2. mélanges de solides

D'autres procédés physiques de séparation sont utilisés lorsque tous les constituants du mélange sont des solides.
 
$-\ $ triage mécanique : mélange sable+grain de sel
 
$-\ $ magnétique : fer+sable

IV- Analyse et synthèse de l'eau

IV- 1. Analyse de l'eau

IV- 1.1. Analyse de l'eau pure

a) Expérience

On réalise le montage ci-contre

 
                                                                                                   

 
Le circuit comprend :
 
$\centerdot$ deux piles de $4.5\;V$ montées en série
 
$\centerdot$ une lampe à incandescence
 
$\centerdot$ une cuve à électrolyseur contenant de l'eau pure et deux tubes essais remplis d'eau pure et renversés sur les électrodes.

b) Observations

La lampe reste éteinte car l'eau pure ne conduit pratiquement pas le courant électrique. 
 
On ajoute une solution de soude dans l'électrolyseur, la lampe s'allume et on constate que : 
 
des bulles de gaz se dégagent au niveau des électrodes.
   
Le gaz qui se dégage à l'électrode reliée à la borne négative (cathode) détonne en présence d'une flamme : 
 
c'est du dihydrogène (voir schéma).

 
                                                        

 
Le gaz qui se dégage à l'électrode reliée à la borne positive (anode) rallume une bûchette en incandescence : 
 
c'est du dioxygène (voir schéma).

 
                                                                

 
Le volume de dihydrogène est le double de celui de dioxygène.
 
On peut expérimentalement vérifier que la quantité de soude initialement ajoutée se retrouve intégralement à la fin de l'électrolyse.
 
Par contre la quantité d'eau a diminué.

c) Interprétation des résultats

Au passage du courant électrique l'eau s'est décomposée pour donner du dioxygène et du dihydrogène qui sont d'autres corps purs.
 
La décomposition de l'eau par le courant électrique est appelé électrolyse de l'eau. Ce procédé est une transformation chimique.

d) Conclusion

L'eau est un corps pur qu'on peut décomposer en d'autres corps : 
 
l'eau est un corps pur composé. 
 
Par contre le dihydrogène et le dioxygène ne peuvent pas être décomposés en d'autres corps purs :
 
ce sont des corps purs simples.

Définitions

Un corps pur simple est un corps pur qu'on ne peut pas décomposer en d'autres corps purs.

Exemples : 

dihydrogène, dioxygène, cuivre, zinc, plomb, soufre...
 
Un corps pur composé est un corps qu'on peut décomposer en plusieurs corps purs simples

Exemples : 

eau pure, dioxyde de carbone, oxyde d'aluminium...

IV- 2. Synthèse de l'eau pure

IV- 2.1. Synthèse qualitative : Expérience de CAVENDISH

a) Protocole expérimentale

                                       
                                       

 
Un courant de dihydrogène est produit par l'action d'une solution d'acide sulfurique sur de la grenaille de zinc. 
 
A l'aide d'une flamme on effectue la combustion du dihydrogène dans le dioxygène de l'air contenu dans une éprouvette.

b) Observation

Une buée de vapeur d'eau se forme sur la paroi de l'éprouvette

c) Interprétation

Le dihydrogène brûle dans le dioxygène pour donner de l'eau.
 
La formation de l'eau à partir de dihydrogène et de dioxygène est appelée synthèse de l'eau.

IV- 2.2. Synthèse quantitative : Synthèse à l'eudiomètre


 

      
On introduit dans un eudiomètre, renversé dans une cuve contenant du mercure, un mélange gazeux constitué de $1$ volume de dihydrogène et $1$ volume de dioxygène.
 
Une étincelle électrique déclenche la combustion du mélange.
 


 

Après le passage de l'étincelle électrique, le mercure remonte dans l'eudiomètre et il se forme une buée sur la paroi intérieur : c'est de la vapeur d'eau.
 
Il reste dans l'eudiomètre un volume $V/2$ de gaz.
 
Ce gaz peut rallumer une brindille en incandescence : c'est du dioxygène

NB : 

Un volume $V$ de dihydrogène s'est combiné avec un volume $V/2$ de dioxygène pour donner de l'eau.

Conclusion

Dans l'eau on ne trouve donc que l'oxygène et le l'hydrogène. 
 
L'eau est un corps pur composé.

L'essentiel du cours

Mélanges

Un mélange est un ensemble composé de plusieurs constituants différents.

Mélanges hétérogènes

Des constituants du mélange peuvent être distingués à l'œil nu.

Mélanges homogènes

Les constituants du mélange homogène ne peuvent pas être distingués à l'œil nu. 
 
Les corps étrangers sont dissous. 
 
On a une solution.

Méthodes de séparation des mélanges

$\centerdot$ la décantation permet de séparer un mélange hétérogène liquide-liquide non miscibles en ses différents composants.
 
Pour cela on utilise une ampoule à décanter.
 
Si on a un mélange solide-liquide, les particules solides se déposent au fond du récipient.
 
$\centerdot$ la filtration permet de séparer les particules solides et le filtrat qui est un mélange homogène
 
$\centerdot$ La distillation permet de séparer les différents constituants d'un mélange homogène. 
 
Le distillat est un corps pur.

Composition de l'air

L'air sec est un mélange gazeux contenant $78\%$ de diazote, $21\%$ de dioxygène et $1\%$ de gaz rares

Corps purs

Un corps pur est une substance dont les critères de pureté sont déterminés. 
 
Ces valeurs sont des constantes physiques (température de fusion, température d'ébullition, masse volumique...)

Corps purs simple

Un corps pur simple est un corps pur que l'on ne peut pas décomposer en d'autres corps purs.

Corps purs composé

Un corps pur composé est un corps pur qui peut être décomposé pour donner d'autres corps purs
          
Source: 
irempt.ucad.sn

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