Chapitre 4 : Atome et molécules pour comprendre les transformations chimiques

Chapitre 4 : Atome et molécules pour comprendre les transformations chimiques

1/ Les atomes

L’atome est la plus petite particule de matière. Comme il y a différents types d’atomes (118), on les modélise par des petites boules de couleurs différentes et de tailles différentes et on leur donne un symbole

Modèle de l’atome

Nom Carbone Hydrogène Oxygène Azote

Symbole C H O N

2/ Les molécules

Dans la majorité des cas, les atomes ne restent pas seuls, ils s’assemblent pour former des molécules.

Les molécules sont donc constituées par des assemblages d’atomes liés entre eux par des liaisons chimiques.

On représente les molécules par une formule et un modèle moléculaire.

 Exemples : Les gaz dioxygène, dihydrogène, dioxyde de carbone et méthane et l’eau liquide sont constitués de

molécules.

Modèle de la molécule Nom de la

molécule Eau Dioxygène Diazote Dioxyde de

carbone Méthane Butane Formule

chimique de

la molécule H2O O2 N2 CO2 CH4 C4H10

Que représentent les chiffres en indice ? Ils indiquent le nombre d’atomes dans la molécule.

Exemple : Dans H

2

O, il y a 2 atomes d’hydrogène et 1 atome d’oxygène.

Que représentent les lettres ? Elles indiquent le nom des atomes dans la molécule Quand il n’y a pas de chiffre en indice, que cela signifie-t-il ? Il est sous-entendu « 1 ».

Exercice d’application :

Donne la formule chimique des molécules suivantes : RDV sur le site

http://gilbert.gastebois.pagesperso-orange.fr/java/molecules/molecules1/molecules.htm

Modèle moléculaire

Formule chimique

Nom Ethanol Eau oxygénée Propane Ethane Acide acétique

Modèle moléculaire

Formule chimique

Nom Dioxyde d’azote Ethanamide dihydrogène Ethylamine Ether méthylique

3/ Que se passe-t-il lors d’une transformation chimique ?

A/ Lors de la combustion du carbone dans le dioxygène.

B/ Lors de la combustion du méthane dans le dioxygène.

CONCLUSION : Au cours d’une transformation chimique :

 Les molécules des réactifs disparaissent pour former de nouvelles molécules, les produits.

 Le nombre d’atomes de chaque sorte ne change pas, ils se réarrangent entre eux pour former de

nouvelles molécules. Il y a CONSERVATION des atomes lors d’une transformation chimique.

4/ Ecriture de la transformation chimique

A/ Combustion du carbone C

REACTIFS PRODUITS

NOM carbone + dioxygène dioxyde de carbone

Modèles moléculaires +

Equation de la réaction avec

les symboles

C + O

2

CO

2

C’est facile !

Etat initial Etat final

Molécule de dioxygène Atome de carbone

Molécule de dioxyde de carbone

Etat initial Etat final

Molécule de dioxygène

Molécule de dioxyde de carbone Molécule d’eau

Molécule de méthane

B/ Combustion du méthane CH4

C’est beaucoup plus dur car :

REACTIFS PRODUITS

NOM méthane + dioxygène dioxyde de carbone + eau

Modèles moléculaires + +

Comptage des atomes 1 C + 4 H + 2 O 3 O + 1 C + 2 H

Ce n’est pas équilibré au niveau des atomes !!!!

L’exemple de la combustion du butane C4H10 : Fiche méthode pour équilibrer une équation chimique en 4^ème (CAS

« assez général »)

Cas général Exemple de la combustion du butane

1/ Ecrire le bilan de la transformation chimique

avec des mots. butane + dioxygène → dioxyde de carbone + eau

2/ Remplacer chaque molécule par sa formule

chimique. C4H10 + O2 → CO2 + H2O 3/ Compter les atomes de chaque sorte :

compter à gauche, puis à droite.

Si l’on ne trouve pas les mêmes nombres à gauche et à droite, la réaction n’est pas équilibrée.

Réactifs Produits

4 atomes C 10 atomes H

2 atomes O

1 atome C 2 atomes H 3 atomes O 4/ Commencer par équilibrer le C à gauche et à

droite Equilibrer l’atome C (présents dans C4H10 et CO2)

C4H10 + O2 → 4 CO2 + H2O

5/ Continuer en équilibrant le H à gauche et à droite.

Equilibrer l’atome H (présents dans C4H10 et H2O) C4H10 + O2 → 4 CO2 + 5 H2O

6/ Finir en équilibrant le O et en commençant par la

droite.

Si vous ne tombez pas sur un entier, vous multiplierez toute l’équation par 2

Equilibrer l’atome O (présents dans C4H10, 4 CO2, O2, et 5 H2O)

C4H10 + 6,5 O2 → 4 CO2 + 5 H2O

2 C

4

H

10

+ 13 O

2

→ 8 CO

2

+ 10 H

2

O

7/ Vérifier en comptant les atomes de chaque sorte.

Réactifs Produits

8 atomes C 20 atomes H 26 atomes O

8 atomes C 20 atomes H 26 atomes O

2 C

4

H

10

+ 13 O

2

→ 8 CO

2

+ 10 H

2

O Butane + dioxygène → dioxyde de carbone + eau

+ +

Retour à la combustion du méthane et utilisation de la fiche méthode

Cas général Exemple de la combustion du butane

1/ Ecrire le bilan de la transformation chimique

avec des mots. méthane + dioxygène → dioxyde de carbone + eau

2/ Remplacer chaque molécule par sa formule

chimique. CH4 + O2 → CO2 + H2O 3/ Compter les atomes de chaque sorte :

compter à gauche, puis à droite.

Si l’on ne trouve pas les mêmes nombres à gauche et à droite, la réaction n’est pas équilibrée.

Réactifs Produits

1 atomes C 4 atomes H 2 atomes O

1 atome C 2 atomes H 3 atomes O 4/ Commencer par équilibrer le C à gauche et à

droite Equilibrer l’atome C (présents dans CH4 et CO2)

CH4 + O2 → CO2 + H2O

5/ Continuer en équilibrant le H à gauche et à droite.

Equilibrer l’atome H (présents dans CH4 et H2O) CH4 + O2 → CO2 + 2 H2O

6/ Finir en équilibrant le O et en commençant par la

droite.

Si vous ne tombez pas sur un entier, vous multiplierez toute l’équation par 2

CH4 + 2 O2 → CO2 + 2 H2O

7/ Vérifier en comptant les atomes de chaque sorte.

Réactifs Produits

1 atomes C 4 atomes H 4 atomes O

1 atomes C 4 atomes H 4 atomes O

CONCLUSION :

L’équation de la réaction précise le sens de la transformation et traduit la conservation des atomes par des nombres placés devant les formules.

C/ Applications à d’autres combustions

REACTIFS PRODUITS

NOM

méthane + dioxygène dioxyde de carbone + eau

Modèles moléculaires

^{+ +}

Equation de la réaction avec

symboles CH

4

+ 2 O

2

CO

2

+ 2 H

2

O

REACTIFS PRODUITS

NOM

propane + dioxygène dioxyde de carbone + eau

Modèles moléculaires

⁺

+

Equation de la

réaction avec symb. C

3

H

8

+ 5 O

2

3 CO

2

+ 4 H

2

O

REACTIFS PRODUITS

NOM

pentane + dioxygène

dioxyde de carbone + eau

Modèles moléculaires

+ +

Equation de la

réaction avec symb. C

5

H

12

+ 8 O

2

5 CO

2

+ 6 H

2

O

REACTIFS PRODUITS

NOM

hexane + dioxygène

dioxyde de carbone + eau

Modèles moléculaires

+ +

Equation de la

réaction 2 C

6

H

14

+ 19 O

2

12 CO

2

+ 14 H

2

O

REACTIFS PRODUITS

NOM dihydrogène + dioxygène eau

Modèles moléculaires ⁺

Equation de la réaction

2 H

2

+ O

2

2 H

2

O

REACTIFS PRODUITS

NOM

fer + dioxygène Oxyde de fer

Modèles moléculaires

⁺

Inventé

Equation de la réaction 4 Fe + 3 O

2

2 Fe

2

O

3

5/ La masse est-elle conservée lors d’une transformation chimique ?

Essayons donc d’aider notre ami tintin, embarqué à bord du plus célèbre sous-marin de la BD « Le Trésor de Rackham le Rouge »

Alors, qu’en penses-tu :

1/ Ce que je pense et ce que je vais faire…

RAISONNER ( /2)

Je pense que Haddock a raison car la masse totale des molécules ne changera pas lors de la réaction chimique. En effet, les molécules ne peuvent pas sortir du sous-marin. Je vais peser les réactifs (craie + acide chlorhydrique) au début puis tout au long de la réaction avec une balance. Attention, il faut un bocal FERME.

Le matériel que je vais utiliser est :

Erlenmeyer fermé avec bouchon, craie, acide chlorhydrique, balance, spatule, pipette.

2/ Je réalise mon expérience…

proprement et dans le calme. (appelle le professeur ) FAIRE ( /2)

3/ Ce que j’observe…

S’INFORMER ( /2)

Les résultats CHIFFRES de mon expérience sont : AU début de l’expérience : L’ensemble ( craie + acide dans l’erlenmeyer + bouchon) pèse 200,00 g

Au cours de l’expérience, la craie se rongée par l’acide et du dioxyde de carbone se forme.

La masse est et reste toujours de 200,00 g.

Je réalise un schéma légendé et PROPRE de l’expérience que j’ai faite et j’indique les résultats chiffrés:

4/ Ce que je conclus : Réponds à la question.

COMMUNIQUER ( /2)

Mon hypothèse de départ était bonne. Capitaine Haddock avait raison : Le sous-marin ne remontera pas à la surface avec cette méthode. Tournesol s’est trompé, la masse ne change pas au cours de la transformation chimique.

Professeur, j’ai un problème ! Mon sous- marin ne remonte plus. Que puis- je faire ?

J’ai un stock de craie, d’acide et de soude à bord, est-ce que cela peut m’aider ?

1

Tintin, tu peux essayer de mélanger les craies et l’acide. Ça produit un gaz (CO2 je crois) qui te fera remonter à la surface car il allègera ton sous-marin !

2

3

5/ Ouverture : Encore ce fameux

Antoine LAVOISIER

(18^ème siècle), père de la chimie moderne, qui revient avec sa célèbre maxime : Explique pourquoi il a dit cela.

L’équation de la transformation chimique qui a lieu est :

CaCO3 + 2 HCl  _{CaCl2 + CO2 + H2O}

Il y a conservation des atomes de chaque sorte durant cette réaction : ce qui change est leur arrangement.

La maxime de Lavoisier (Rien se perd, rien ne se crée, tout se transforme) est ici facile à comprendre.

H

C

H

C

C^ C

Ca

Ca

O

O

C O

O C

O _{H H}

O

Exercices sur le chapitre 4 : Molécules et atomes dans les transformations chimiques

Exercice 4 : Exercice 1 :

Exercice 2 :

Exercice3 :

Exercice 6 :

Exercice 5 :

Exercice 7 : Exercices d’équilibrage :

Facile 2 C

2

H

6

+ 7 O

2

 4 CO

2

+ 6 H

2

O

N

2

+ 3 H

2

 2 NH

3

2 C+ O

2 2 CO

Fe + Cl

2 FeCl2

N

2

+2 O

2

 2 NO

2

H

2

+ Cl

2

 2 HCl

C

6

H

6

+ 3 Cl

2

 C

6

H

6

Cl

6

2 NO + O

2

 2 NO

2

2 SO

2

+ O

2

 2 SO

3

4 Cu + O

2  2 Cu2

O 2 Fe + 3 Cl

2

 2 FeCl

3

2 SnO + O

2

 2 SnO

2

2 Al + 3 Cl

2 2 AlCl3

Plus difficile Mg + CO

2

 CO + MgO

2 H

2

S + O

2

 2 H

2

O + 2 S 2 CuO + C  2 Cu + CO

2

Cr

2

O

3

+ 2 Al  2 Cr + Al

2

O

3

2 Al +3 H

2

O  Al

2

O

3

+ 3 H

2

Fe

2

O

3

+ 2 Al  Al

2

O

3

+ 2 Fe

C

7

H

16

+ 11 O

2

 7 CO

2

+ 8 H

2

O C

2

H

6

O + 3 O

2

 2 CO

2

+ 3 H

2

O C

6

H

6

O + 7 O

2

 6 CO

2

+ 3 H

2

O C

6

H

12

+ 8 O

2

 6 CO

2

+ 6 H

2

O C

4

H

8

+ 6 O

2

 4 CO

2

+ 4 H

2

O 2 C

6

H

6

+ 15 O

2

 12 CO

2

+ 6 H

2

O

Exercice 9 :

Exercice 8 :