Sp1 TP 18 : Transformation chimique -Transformation physique
Lors d’un match de tennis, les joueurs s’alimentent régulièrement pour satisfaire les besoins de leur organisme : que deviennent les aliments avalés ?
D’où provient l’acide lactique responsable de crampes chez certains sportifs ?
Notre organisme est le siège de nombreuses transformations chimiques et physiques lors de la pratique d’un sport. Qu’est-ce qu’une transformation ?
I. Une transformation historique : découverte de l’un des constituants de l’air
Donnée : l’oxyde de mercure II est un solide rouge de formule HgO
Hg est le symbole de l’élément mercure.
Questions :
1/ Quelles sont les espèces chimiques présentes au début de l’expérience de Lavoisier ? Indiquer leur état.
L’ensemble de ces espèces est appelé système chimique.
2/ L’une d’elle subit le premier jour une « évaporation continuelle », laquelle ? Décrire cette première transformation. Dans quel état se trouve cette espèce chimique à la fin de cette 1ère transformation ? Cette 1ère transformation est une transformation physique.
3/ Le deuxième jour cette espèce chimique subit une autre transformation. La retrouve-t-on à la fin de cette 2ème transformation ? En quoi s’est-elle transformée ?
4/ Quel gaz, présent dans l’air, est indispensable à la respiration ?
5/ Au cours du 2ème jour, ce gaz a subit lui aussi une transformation : relever une phrase qui le prouve.
6/ En « quoi » ce gaz s’est-il transformé ?
On dit que le système chimique a subit, le 2ème jour, une transformation chimique.
7/ Quelle différence fondamentale existe-t-il entre une transformation physique et une transformation chimique ?
8/ Pourquoi au bout de 12 jours la calcination ne faisait plus aucun progrès ? 9/ Quel constituant de l’air met en évidence l’expérience de Lavoisier ?
II. Approche qualitative d’une transformation chimique On fait réagir une solution de soude sur une solution de sulfate de cuivre
Définition préliminaire : un système chimique est l'ensemble des espèces chimiques auxquelles on s'intéresse, dans des conditions déterminées.
Description qualitative de l'état initial E.I.
Compléter les informations :
Voici le compte rendu de cette expérience fait par Antoine Laurent Lavoisier en 1775.
« …j’ai allumé le feu dans le fourneau et je l’ai entretenu presque continuellement pendant douze Jours […] Il ne s’est rien passé de remarquable pendant le premier jour : le mercure, quoique non bouillant, était dans un état d’évaporation continuelle […]. Le second jour, j’ai commencé à voir nager sur la surface du mercure de petites parcelles rouges […]. Au bout de douze jours, voyant que la calcination du mercure ne faisait plus aucun progrès, j’ai éteint le feu. »
Notant que le volume de gaz sous la cloche avait diminué, Lavoisier fit le constat suivant : « …le gaz restant n’était plus bon à la respiration et à la combustion. »
Expérience deLavoisier
Il versa du mercure pur dans un cornu A et le plaça sur un fourneau. Le col coudé B traversait une cuve ouverte D également remplie de mercure pour immerger dans une cloche C remplie d’air qui servait de jauge pour mesurer la quantité d’air consommée.
Solution Couleur Espèces chimiques Etat ((s), (ℓ), (g), (aq)) sulfate de cuivre II (CuS04)
C = 0,10 mol.L-1
hydroxyde de sodium (NaOH) C' = 1,0 mol.L-1
Température θ = Pression P =
Trois expériences à partir des mêmes solutions Préliminaires
- Mettre un verre à pied sous la burette. Rincer la burette avec un peu de solution de soude, faire couler la solution pour chasser la bulle d'air sous le robinet
- Ajuster le niveau de la solution de soude dans la burette à la graduation 10
- Mesurer à l'aide d'une pipette jaugée V = 20,0 mL de solution de sulfate de cuivre Il et les verser dans un pot. Recommencer pour préparer en tout trois pots identiques numérotés 1, 2 et 3.
Les trois expériences
Grâce à la burette graduée, ajouter V1 = 2,0 mL de solution de soude dans le pot n°1, V2 = 4,0 mL dans le pot n°2, V3 = 6,0 mL dans le pot n°3.
1/ Qu'observe-t-on de semblable dans les trois expériences ?
Les ions sodium et sulfate sont inertes ou spectateurs. Ils ne réagissent pas, l'eau non plus. Le corps formé est de l'hydroxyde de cuivre Il de formule Cu(OH)2.
2/ Sous quelle forme apparaît-il ? Quel est son état physique correspondant ? Description qualitative de l'état final E.F.
Les précipités
Filtrer chaque précipité et recueillir chaque filtrat dans un pot différent dont le numéro sera identique à celui de l'expérience.
3/ Quelle est la couleur des précipités?
4/ Des trois précipités 1, 2, 3, quel est le moins abondant ? Y a-t-il des précipités d'abondance sensiblement identique.
Les filtrats
5/ Quelle est la couleur de chaque filtrat ?
6/ Quels ions chaque filtrat est-il susceptible de contenir ?
Pour vérifier vos hypothèses, verser chaque filtrat sur une hauteur de deux centimètres environ dans deux tubes à essais A et B. Dans A, ajouter à la burette 1 mL de solution de soude; dans B, avec une pipette, verser 1 mL de solution de sulfate de cuivre. Noter vos observations dans le tableau suivant :
Filtrat 1 2 3
Couleur
Tube
A HO-
B Cu2+
A HO-
B Cu2+
A HO-
B Cu2+
Filtrat 1 2 3
Tube A B A B A B
Précipité ou pas
Ions présents dans le filtrat
Trois transformations chimiques pour une même réaction chimique
La transformation chimique est le passage du système de son état initial à son état final.
Quantités initiales
La concentration de la solution de sulfate de cuivre II est C = 0.10 mol.L-1 Il en est de même de la concentration en ion cuivre II de cette solution C (Cu2+) = 0.10 mol.L-1.
De la même façon pour la soude et les ions OH-, C’(HO-) = 1,0 mol.L-1. 7/ Calculer ni(Cu2+) quantité initiale d'ions Cu2+ introduite dans chaque pot.
8/ Calculer n1(HO-) quantité initiale d'ions HO- introduite dans le pot n°1 , n2(HO-) quantité initiale d'ions HO- introduite dans le pot n°2 et n3(HO-) quantité initiale d'ions HO- introduite dans le pot n°3.
Ecriture symbolique de chaque transformation chimique
9/ Compléter les tableaux proposés ci-dessous en indiquant les quantités calculées dans l'état initial et par
« restant » ou « absent » dans l'état final.
E.I.
Transformation chimique n°1
E.F.
P, θ P, θ
H2O(ℓ), Na+(aq), SO42-(aq), Cu2+(aq) : ni(Cu2+) = ………..
HO-(aq) : n1(HO-) = ………..
H2O(ℓ) , Na+(aq), SO42-(aq), Cu2+(aq) : ………..
HO-(aq) : ………..
Cu(OH)2(s) E.I.
Transformation chimique n°2
E.F.
P, θ P, θ
H2O(ℓ), Na+(aq), SO42- (aq), Cu2+(aq) : ni(Cu2+) = ………..
HO-(aq) : n2(HO-) = ………..
H2O(ℓ) , Na+(aq), SO42- (aq), Cu2+(aq) : ………..
HO-(aq) : ………..
Cu(OH)2(s)
E.I.
Transformation chimique n°3
E.F.
P, θ P, θ
H2O(ℓ), Na+(aq), SO42- (aq), Cu2+(aq) : ni (Cu2+) = ………..
HO-(aq) : n3(HO-) = ………..
H2O(ℓ) , Na+(aq), SO42- (aq), Cu2+(aq) : ………..
HO-(aq) : ………..
Cu(OH)2(s) Equation de la réaction chimique
Au cours de ces trois transformations : 10/ Quels sont les réactifs consommés ? 11/ Quels sont les produits apparus ?
L'équation de la réaction chimique associée à ces trois transformations chimiques s'écrit : 1 Cu2+(aq) + 2 HO-(aq) 1 Cu(OH)2 (s)
ou plutôt
Cu2+(aq) + 2 HO-(aq) Cu(OH)2 (s)
où 1, 2 et 1 sont appelés les nombres stœchiométriques de la réaction chimique.
12/ Vérifier que cette équation respecte la loi de conservation de chaque élément et la loi de conservation de la charge totale.
Conclusions
13/ Dans quel cas les quantités des réactifs introduits sont-ils dans les proportions stœchiométriques ? 14/ Dans quel cas y a-t-il un excès d'ions Cu2+ ? Est-ce vérifié par vos expériences ? Quel est alors le réactif limitant, c'est à dire entièrement consommé ?
15/ Dans quel cas y a-t-il un excès d'ions HO- ? Est-ce vérifié par vos expériences ? Quel est alors le réactif limitant, entièrement consommé ?
