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Les transformat ions chimiques 1

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Les transformati

ons chimiques

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Les 3 types de transformations

Les transformations physiques

Les transformations chimiques

Les transformations nucléaires

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Transformations physiques

Elles ne modifient ni la nature ni les propriétés caractéristiques de la matière

Les atomes et les molécules ne changent pas

Il y a … les changements de formes les changements d’états les dilutions et les dissolutions

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Transformations chimiques

Elles modifient la nature et les propriétés caractéristiques de la matière

Il y a réarrangement des liaisons entre les atomes et formation de nouvelles molécules

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Les équations chimiques

2 molécules de butane réagissent avec 13 molécules de dioxygène pour former 8 molécules de dioxyde de carbone et 10 molécules d’eau

réactifs

produits

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Les réactions chimiques : un réarrangement des atomes

Au cours d’une réaction chimique, les molécules et les atomes des substances initiales (réactifs) se réorganisent en substances nouvelles (produits)

ExempleUne molécule de méthaneréagit avec 2 molécules dedioxygène pour former unemolécule de dioxyde decarbone et 2 molécules d’eau

réactifs

produits

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Les 5 indices associés à une réaction

chimique Cinq indices permettent de reconnaitre la présence d’une transformation chimique Un dégagement gazeux Un dégagement ou une absorption de

chaleur Un dégagement de lumière Un changement de couleur La formation d’un précipité

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La loi de la conservation de la

masse dans les transformations

chimiques

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Loi de la conservation de la masse

Elle établit, qu’au cours d’une réaction chimique, la masse totale des réactifs est toujours égale à la masse totale des produits

En fait, … la masse est conservée le nombre d’atomes de chaque

élément est conservé le nombre de molécules n’est pas

nécessairement conservé

Antoine Laurent

Lavoisier1743-1794

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La combustion du méthane

Exemple

La masse totale des réactifs est égale à la masse totale des produits

Le nombre d’atomes de chaque élément est conservé

Le nombre de molécule est, dans ce cas, conservé

16 g + 64 g → 44 g + 36 g

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La combustion du propane

La combustion du propane

44 g + 160 g → 132 g + 72 g204 g =

204 g

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Le balancemen

t d’équations chimiques

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Pourquoi balancer une équation?

Balancer une équation chimique, c’est ajouter des coefficients numériques devant les formules moléculaires des réactifs et des produits, de façon à ce que la loi de la conservation de la matière soit respectée

Une équation chimique non balancée se nomme une « équation squelette »

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Règles à respecter lors du balancement

1. les coefficients doivent tous être entiers 2. les coefficients doivent être le plus petit

possible 3. ne jamais ajouter ni enlever de substances 4. ne jamais modifier les indices 5. toujours vérifier son résultat final Trucs et astuces…

Attribuer le coefficient « 1 » à la molécule la plus complexe

Garder les substances simples pour la fin (les molécules diatomiques ou les atomes seuls)

Ne pas chercher à équilibrer un élément qui se retrouve dans plusieurs molécules en premier

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Exemple : synthèse de l’ammoniac

Équation squelette : N2 + H2 → NH3

▪ Placer un « 2 » devant la molécule la plus complexe (NH3)▪ N2 + H2 → 2NH3

▪ Placer un « 1 » devant N2

▪ 1N2 + H2 → 2NH3

▪ Placer un 3 devant H2

▪ 1N2 + 3H2 → 2NH3

Équation balancée : N2 + 3H2 → 2NH3

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L’oxydation du méthane

Équation squelette CH4 + Cl2 → HCl + C

1 CH4 + Cl2 → HCl + C

1 CH4 + Cl2 → 4 HCl + C

1 CH4 + 2 Cl2 → 4 HCl + C

1 CH4 + 2 Cl2 → 4 HCl + 1 CÉquation balancée

CH4 + 2 Cl2 → 4 HCl + C

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La stœchiomét

rie

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Qu’est-ce que la stœchiométrie?

La stœchiométrie est l’étude des quantités de réactifs et de produits impliqués dans une réaction chimique

Les calculs stœchiométriques permettent de déterminer les quantités de réactifs nécessaires pour réaliser une réaction et de prédire les quantités de réactifs produits

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Utilisation de la stœchiométrie Exemple : l’oxydation du cuivre (1) 2Cu + O2 → 2CuO

2 atomes de cuivre

1 molécule de dioxygène

2 molécules d’oxyde de cuivre

2 moles d’atomes de

cuivre

1 mole de molécules de

dioxygène

2 moles de molécules d’oxyde de

cuivre

8 moles d’atomes de cuivre

4 moles de molécules de

dioxygène

8 moles de molécules d’oxyde

de cuivre

« 2y » moles d’atomes de

cuivre

« y » moles de molécules de

dioxygène

« 2y » moles de molécules d’oxyde

de cuivre

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Calculs stœchiométriques

2Cu + O2 → 2CuO

2 moles d’atomes de

cuivre

1 mole de molécules de

dioxygène

2 moles de molécules d’oxyde

de cuivre

2 mol x(63,55 g/mol)

1 mol x(2 x 16,00

g/mol)

2 mol x(63,55 g/mol + 16,00

g/mol)

127,10 g 32,00 g 159,10 g

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Calculs stœchiométriques Combien de moles de dioxygène sont nécessaires

à l’oxydation de 12 moles d’atomes de cuivre?

=

2Cu + O2 → 2CuO

2 moles 1 mole

12 moles ? moles

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Calculs stœchiométriques Combien de moles d’oxyde de cuivre seront formées par

l’oxydation de 88,97 g de cuivre en présence de tout l’oxygène nécessaire?

= 111,37 g de CuO

= 1,4 mol de CuO

2Cu + O2 → 2CuO

2 mol 2 mol

127,10 g 159,10 g

88,97 g ? g

? mol

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Calculs stœchiométriques Combien de grammes de cuivre seront nécessaires à

la formation de 63,64 g d’oxyde de cuivre en présence de tout l’oxygène nécessaire?

= 50,84 g de Cu

2Cu + O2 → 2CuO

127,10 g 159,10 g

? g 63,64 g

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http://www.youtube.com/watch?v=ajk5bi7Ttyc Alloprof vidéo stoechiometrie 8 min

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Les réactions exothermiqu

es et endothermiq

ues

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Endothermique ou exothermique?

Les réactions exothermiques sont des transformations chimiques qui dégagent de l’énergie dans le milieu environnant

Les réactions endothermiques sont des transformations chimiques qui absorbent de l’énergie provenant du milieu environnant

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Endothermique ou exothermique?

Il est donc souvent possible de distinguer les 2 types de réactions en mesurant la variation de température du milieu environnant… Si la température du milieu

environnant augmente, la réaction est exothermique

Si la température du milieu environnant diminue, la réaction est endothermique

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Bris et formation de liaisons chimiques

Ce qu’il faut savoir sur les liaisons… Il faut toujours fournir de l’énergie pour

briser une liaison chimique La formation d’une nouvelle liaison

s’accompagne toujours d’une libération d’énergie

La différence entre l’énergie totale absorbée lors du bris des liaisons des réactifs et l’énergie totale dégagée lors de la formation des nouvelles liaisons permet de déterminer si la réaction est de type endothermique ou de type exothermique

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Une réaction exothermique

(OBS 117)

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Une réaction endothermique

(OBS 117)

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ComparaisonRéaction endothermique

Réaction exothermique

Absorbe de l’énergie Dégage de l’énergie

La température de l’environnement diminue

La température de l’environnement augmente

L’énergie chimique totale contenue dans les produits est plus élevée que l’énergie chimique totale contenue dans les réactifs

L’énergie chimique totale contenue dans les réactifs est plus élevée que l’énergie chimique totale contenue dans les produits

L’énergie apparait à gauche dans l’équation chimique

L’énergie apparait à droite dans l’équation chimique

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Le bilan énergétique 1. Calculer la quantité totale d’énergie que

doivent absorber les molécules des réactifs pour briser leurs liaisons chimiques

2. Calculer la quantité totale d’énergie qui se dégage lors de la formation des liaisons chimiques dans les molécules des produits

3. Faire le bilan énergétique (énergie des réactifs) moins (énergie des produits)▪ Une valeur négative indique une réaction exothermique▪ Une valeur positive indique une réaction endothermique

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Exemple : bilan énergétique de la combustion du méthane

voir p 115-117 OBSCH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O

Les réactifs▪ CH4 : 4 liaisons simples C-H ► 4 x 414 kJ

▪ 2O2 : 2 liaisons doubles O=O ► 2 x 498 kJ▪ Énergie totale absorbée par les réactifs

pour briser les liaisons de leurs molécules :

▪(4 x 414) + (2 x 498) = 2652 kJ

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Combustion du méthane

Les produits▪CO2 : 2 liaisons doubles C=O ► 2 x 741 kJ▪2H2O : 4 liaisons simples O-H ► 4 x 464 kJ▪ Énergie totale dégagée par les produits lors de la formation des liaisons de leurs molécules :▪(2 x 741) + (4 x 464) = 3338 kJ

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Combustion du méthane

Bilan énergétique▪ (Énergie absorbée par les réactifs) moins (énergie dégagée par les produits)▪ 2652 kJ – 3338 kJ = -686 kJ▪La combustion du méthane est donc une réaction exothermique qui dégage 686 kJ/mol de CH4

▪CH4 + 2O2 → CO2 + 2H2O + 686 kJ

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Exemple:La synthèse de l’ammoniac

Quelle quantité d’énergie sera dégagée lors de la formation de 81,6 g d’ammoniac? Équation squelette: N2 + H2 → NH3

Équation balancée: N2 + 3H2 → 2NH3

Nombre de moles de NH3?▪ n = m/M alors …▪ n = 81,6 g/ 17 g/mol …

▪n = 4,8 mol

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La synthèse de l’ammoniac

Les réactifs N2 : 1 liaison triple N-N

► 946 kJ 3H2 : 3 liaisons simples H-

H ► 3 x 435 kJ Énergie totale absorbée

par les réactifs pour briser les liaisons de leurs molécules : ▪ 946 + (3 x 435) = 2251 kJ

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La synthèse de l’ammoniac

Les produits 2NH3 : 6 liaisons simples

N-H ►6 x 389 kJ Énergie totale dégagée

lors de la formation des liaisons des molécules du produit :▪ (6 x 389) = 2334 kJ

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La synthèse de l’ammoniac

Finalement… (Énergie absorbée par les réactifs) moins

(énergie dégagée par les produits) 2251 kJ – 2334 kJ = -83 kJ Puisque la synthèse de 2 moles

d’ammoniac libère 83 kJ, la synthèse de 4,8 moles d’ammoniac libèrera donc …

▪ …. Réponse: 199,2 kJ

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Différentes transformati

ons chimiques

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Des transformations chimiques

Les synthèses et les décompositions Les précipitations Les neutralisations acidobasiques L’oxydation La combustion La respiration cellulaire La photosynthèse

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Synthèse et décomposition

Lors d’une synthèse, 2 ou plusieurs réactifs se combinent pour former un nouveau produit (ou plus) Ex : la synthèse du dioxyde d’azote N2(g) + 2O2(g) → 2NO2(g)

Lors d’une décomposition, un composé se sépare en 2 ou plusieurs composés ou éléments Ex : l’électrolyse de l’eau 2H2O(l) → 2H2(g) + O2(g)

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Les précipitations Il y a précipitation lorsqu’un solide

insoluble se forme lors du mélange de 2 solutions homogènes

Le solide insoluble se nomme le précipité Il est possible de prédire la formation ou

non d’un précipité en consultant un tableau de solubilité des composés ioniques (OBS 118)

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Exemples de réactions de précipitations

NaCl(aq) + AgNO3(aq) → AgCl(s) + NaNO3(aq)

2KI(aq) + Pb(NO3)2(aq) → PbI2(s) + 2KNO3(aq)

http://www.mhhe.com/physsci/chemistry/animations/chang_7e_esp/crm3s2_3.swf

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Neutralisation acidobasique

Il s’agit d’une transformation chimique dans laquelle un acide réagit avec une base pour former un sel et de l’eau

Pour neutraliser une solution acide, on lui ajoute une solution alcaline (basique) : le mélange final sera une solution neutre lorsque les 2 quantités d’ions (H+ pour l’acide et OH- pour la base) seront en quantités égales

OBS p 119

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Des neutralisations

Acide(aq) + Base(aq) → Sel(aq) + Eau(l)

HF(aq) + KOH(aq) → KF(aq) + H2O(l)

H2SO4(aq) + Mg(OH)2(aq) → MgSO4(aq) + 2H2O(l)

2HBr(aq) + Ca(OH)2(aq) → CaBr2(aq) + 2H2O(l)

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Les oxydations Ce sont des transformations

chimiques dans lesquelles l’oxygène (ou un élément oxydant qui joue un rôle semblable (Cl ou Br par exemple) est impliqué.

L’oxydant arrache un ou des électrons à l’élément oxydé et ensemble ils forment un oxyde. Ex : 4Fe

(s) + 3O2(g)

→ 2 Fe2O3(s)

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Les oxydations Les métaux s’oxydent rapidement en

présence d’humidité)

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Oxydation des aliments

Le vin et les aliments s’oxydent la pomme brunit le gout du vin est altéré parce

qu’il réagit avec l’oxygène de l’air La lumière accélère l’oxydation

des huiles et de la bière les fabricants de bières utilisent

des contenants foncés et placent les bouteilles dans des boites de carton pour diminuer l’exposition à la lumière

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Combustions

Les combustions sont des oxydations qui libèrent de l’énergie

Ex … Le bois qui brule Le fer qui rouille La respiration cellulaire

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Les 3 conditions essentielles à une combustion

Présence de comburant Présence de combustible L’atteinte de la température d’ignition

Ex : C3H8(g) + 5O2(g)

→ 3CO2(g) + 4H2O(l)

+

Énergie

ajout d’énergie extérieure pour atteindre la TI

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1: le comburant

Le comburant (l’oxygène est le plus répandu) est une substance capable d’entrer en réaction avec un combustible afin de lui faire libérer une partie de l’énergie chimique qu’il stocke

Il est essentiel pour alimenter la combustion

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2: Le combustible

Le combustible est une substance qui a la capacité de s’oxyder en transformant son énergie chimique en énergie thermique

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3: la température d’ignition

La température d’ignition est la température nécessaire pour que la combustion s’amorce (elle est différente pour chaque combustible)

La température d’ignition du bois (c’est-à-dire la température qu’il faut atteindre pour qu’il s’enflamme) est de 250 °C pour la plupart des résineux et de 350 °C pour les feuillus. (Wikipedia).

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Le triangle de feu

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3 types de combustions

Combustion vive

Combustion spontanée

Combustion lente

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La combustion vive

Elle est spectaculaire et libère beaucoup d’énergie (thermique et lumineuse) en un court laps de temps

Feu de bois, combustion de l’essence…

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La combustion spontanée

C’est une combustion vive et imprévisible dans laquelle le combustible atteint sa température d’ignition sans apport extérieur d’énergie

Ex ; marmite d’huile sur une cuisinière

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La combustion lente

Combustion qui se produit lentement, sur une relativement longue période de temps

Exemples: décomposition, respiration cellulaire et corrosion

Corrosion du cuivre

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La photosynthès

e et la respiration cellulaire

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La photosynthèse Il s’agit d’un transformation

chimique au cours de laquelle l’énergie rayonnante du soleil est transformée en énergie chimique (énergie stockée dans les liaisons chimiques intramoléculaires).

http://archives.universcience.fr/francais/ala_cite/expo/tempo/planete/portail/labo/carbone/photosyntese.html

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La chlorophylle Des cellules végétales spécialisées

contiennent un pigment (une substance colorée) vert qui se nomme la chlorophylle.

Ce pigment capte l’énergie des rayons solaires pour produire du glucose et du dioxygène à partir de l’eau pompée du sol et du dioxyde de carbone capté dans l’air.

6CO2(g) + 6H2O(l)

+ Énergie → C6H12O6(s)

+ 6O2(g)

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La respiration cellulaire

C’est la réaction inverse de la photosynthèse

Les produits de la photosynthèse sont les réactifs de la respiration cellulaire et vice versa.

Il s’agit d’une combustion lente (ou une oxydation) qui se produits dans les cellules des organismes vivants hétérotrophes (organismes vivants incapables de produire eux-mêmes leur nourriture)

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C6H12O6(s) + 6O2(g)

→ 6CO2(g) + 6H2O(l)

+

Énergie

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Complémentarité

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LES HALOCARBURES

Les halocarbures sont des substances chimiques composées entre autres, d'halogène (brome, chlore avec ou sans fluor) et de carbone.

Ils sont utilisés comme réfrigérants dans les systèmes de climatisation et de réfrigération, comme agents extincteurs dans les systèmes d'extinction d'incendie, et comme agents gonflants pour la fabrication des mousses. On les emploie aussi comme solvants. Les halocarbures posent un double problème environnemental, car la plupart d'entre eux contribuent à l'appauvrissement de la couche d'ozone et sont des gaz à effet de serre qui contribuent aux changements climatiques.