Chapitre 4: Atomes, molécules et transformations chimiques nous allons nous placer à l’échelle microscopique.

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

Atome et molécule: exercices

Formule chimique de la molécule 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

Formule chimique de la molécule 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 H2O, 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 ».

Même formule mais agencement des atomes  Exercice d’application : Donne la formule chimique des molécules suivantes : Site de Gilbert Gastebois pour trouver les molécules Modèle moléculaire Formule chimique   Nom Ethanol Eau oxygénée Propane Ethane Acide acétique C2H6O H2O2 C3H8 C2H6 C2H4O2 Même formule mais agencement des atomes  Modèle moléculaire Formule chimique   Nom Dioxyde d’azote Ethanamide dihydrogène Ethylamine Ether méthylique NO2 C2H5NO H2 C2H7N C2H6O

Molécules en représentation 3D

Formules de molécules

Composition des molécules

Exercices

Regardez ce qu’il se passe… 3/ Que se passe-t-il lors d’une transformation chimique ? A/ Lors de la combustion du carbone dans le dioxygène. Prenons un cas particulier: 9 molécules de dioxygène 9 atomes de carbone Regardez ce qu’il se passe…

Avant la combustion Le bocal contient du dioxygène du carbone

Démarrage de la combustion source de chaleur

Combustion du carbone = réorganisation des atomes

Combustion du carbone = réorganisation des atomes

Après la combustion

des molécules de dioxyde de carbone Après la combustion Le bocal contient des molécules de dioxyde de carbone

 Avant la transformation Après la transformation +  Tous les atomes de carbone (9) ont pu s’associer à des molécule de dioxygène (9) : Il ne reste ni carbone ni dioxygène mais seulement du dioxyde de carbone (9 )!

Ecriture de l’équation-bilan de la combustion du carbone Réaction carbone dioxygène + dioxyde de carbone + Equation-bilan de la combustion: C + O2 CO2

Regardez ce qu’il se passe… Mettons cette fois-ci beaucoup de carbone dans un tout petit peu de dioxygène Regardez ce qu’il se passe…

Avant la combustion Le bocal contient du dioxygène du carbone

Démarrage de la combustion source de chaleur

Combustion du carbone = réorganisation des atomes

Combustion du carbone = réorganisation des atomes

Après la combustion

Après la combustion des molécules de dioxyde de carbone Le bocal contient des molécules de dioxyde de carbone des atomes de carbone qui n’ont pas réagi

 Avant la réaction Après la réaction Certains atomes de carbone n’ont pas réagi  il reste du carbone. Le carbone est en excès.

Regardez ce qu’il se passe… Mettons cette fois-ci peu de carbone dans un beaucoup de dioxygène Regardez ce qu’il se passe…

Avant la combustion Le bocal contient du dioxygène du carbone

Démarrage de la combustion source de chaleur

Combustion du carbone = réorganisation des atomes

Combustion du carbone = réorganisation des atomes

Après la combustion molécules de dioxyde de carbone molécules de dioxygène qui n’ont pas réagi

Après la combustion

 Avant la transformation Après la transformation Certaines molécules de dioxygène n’ont pas réagi  il reste du dioxygène. Le dioxygène est en excès.

Une transformation chimique s’arrête quand un des réactifs a totalement disparu !!!

Retour à votre feuille de cours

Il reste du carbone mais pas de dioxygène Molécule de dioxygène Atome de carbone Molécule de dioxyde de carbone La combustion s’arrête car il n’y a plus de dioxygène Etat initial Etat final Il reste du carbone mais pas de dioxygène Il s’est formé du dioxyde de carbone!

B/ Lors de la combustion du méthane dans le dioxygène. Molécule de dioxygène Molécule de méthane Molécule de dioxyde de carbone Molécule d’eau Etat initial Etat final

CONCLUSION : Au cours d’une transformation chimique : 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 Etat initial Etat final 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.

Equation de la réaction avec les symboles 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 + O2 CO2 C’est facile ICI Attention : Il est interdit de modifier les formules chimiques pour équilibrer !!

Ce n’est pas équilibré au niveau des atomes !!!! 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 !!!! Il nous faut donc une méthode pour équilibrer: il y en a pour tous niveaux, on en prendra une simple

Exemple de la combustion du butane 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 C4H10 + 13 O2 → 8 CO2 + 10 H2O 7/ Vérifier en comptant les atomes de chaque sorte. Réactifs Produits 8 atomes C 20 atomes H 26 atomes O  

2 C4H10 + 13 O2 → 8 CO2 + 10 H2O   + + Butane + dioxygène → dioxyde de carbone + eau

Exemple de la combustion du butane 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. 4 atomes O

Equation de la réaction avec symboles   REACTIFS PRODUITS NOM méthane + dioxygène dioxyde de carbone + eau Modèles moléculaires + Equation de la réaction avec symboles CH4 + 2 O2 CO2 + 2 H2O 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

Equation de la réaction avec symb. C/ Applications à d’autres combustions   REACTIFS PRODUITS NOM propane + dioxygène dioxyde de carbone + eau Modèles moléculaires + Equation de la réaction avec symb. C3H8 + 5 O2 3 CO2 + 4 H2O

Equation de la réaction   REACTIFS PRODUITS NOM hexane + dioxygène dioxyde de carbone + eau Modèles moléculaires +    Equation de la réaction 2 C6H14 + 19 O2 12 CO2 + 14 H2O   REACTIFS PRODUITS NOM dihydrogène + dioxygène eau Modèles moléculaires + Equation de la réaction 2 H2 + O2 2 H2O

Equation de la réaction   REACTIFS PRODUITS NOM fer + dioxygène Oxyde de fer Modèles moléculaires + Inventé Equation de la réaction 4 Fe + 3 O2 2 Fe2O3

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 » 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 L’expérience décrite par Tournesol va-t-elle sauver Tintin ou le capitaine Haddock dit-il la vérité?

3/ Ce que j’observe…S’INFORMER ( /2) 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)  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:

« Rien ne se perd, rien ne se crée, tout se transforme" 5/ Ouverture : Encore ce fameux Antoine LAVOISIER (18ème siècle), père de la chimie moderne, qui revient avec sa célèbre maxime : Explique pourquoi il a dit cela. « Rien ne se perd, rien ne se crée, tout se transforme" 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.  

Conservation de la masse selon Lavoisier

Exercices

1 2 3

4 5

6

Facile 2 C2H6 + 7 O2  4 CO2 + 6 H2O N2 + 3 H2  2 NH3 2 C+ O2 2 CO Fe + Cl2 FeCl2 N2 +2 O2  2 NO2 H2 + Cl2  2 HCl   C6H6 + 3 Cl2  C6H6Cl6 2 NO + O2  2 NO2 2 SO2 + O2  2 SO3 4 Cu + O2  2 Cu2O 2 Fe + 3 Cl2  2 FeCl3 2 SnO + O2  2 SnO2 2 Al + 3 Cl2 2 AlCl3 Plus difficile Mg + CO2  CO + MgO 2 H2S + O2  2 H2O + 2 S 2 CuO + C  2 Cu + CO2 Cr2O3 + 2 Al  2 Cr + Al2O3 2 Al +3 H2O  Al2O3 + 3 H2 Fe2O3 + 2 Al  Al2O3 + 2 Fe C7H16 + 11 O2  7 CO2 + 8 H2O C2H6 O + 3 O2  2 CO2 + 3 H2O C6H6 O + 7 O2  6 CO2 + 3 H2O C6H12 + 8 O2  6 CO2 + 6 H2O C4H8 + 6 O2  4 CO2 + 4 H2O 2 C6H6 + 15 O2  12 CO2 + 6 H2O 7

9 8

Ex 14 p70 : a) Réactifs : 3 C ; 8 H ; (5x2)= 10 O Produits : 3 C ; (3x2)+4= 10 O ; (4x2)= 8 H Réaction équilibrée b) Réactifs : 2 H ; 2 O Produits : 2 H ; 1 O Réaction non équilibrée H2 + 02 → H2O H2 + O2 → 2 H20 2 H2 + O2 → 2 H2O c) Réactifs : 1 C ; (1+2)= 3 O Produits : 2 C ; (2x2)= 4 O Réaction non équilibrée CO + O2 → 2 CO2 2 CO + O2 → 2 CO2

Ex 16 p71 : a) C4H10 + O2→ CO2 + H2O C4H10 + O2→ 4 CO2 + H2O C4H10 + O2→ 4 CO2 + 5 H2O C4H10 + 6,5 O2→ 4 CO2 + 5 H2O 2 C4H10 + 13 O2→ 8 CO2 + 10 H2O C + O2→ CO C + O2→ 2 CO 2 C + O2→ 2 CO c) C5H12 + O2→ CO2 + H2O C5H12 + O2→ 5 CO2 + H2O C5H12 + O2→ 5 CO2 + 6 H2O C5H12 + 8 O2→ 5 CO2 + 6 H2O

Ex 17 p71 : 1. Chimiste britannique qui réalisa la synthèse de l’eau en 1783. 2. Dihydrogène : H2 3. Equation de réaction : H2 + O2 → H2O H2 + O2 → 2 H2O 2 H2 + O2 → H2O

Ex 19p71 : Réactifs : dioxyde de carbone : CO2 eau : H2O 2. Produits : glucose : C6H12O6 dioxygène : O2 3. Equation de réaction : CO2 + H2O → C6H12O6 + O2 6 CO2 + H2O → C6H12O6 + O2 6 CO2 + 6 H2O → C6H12O6 + O2 6 CO2 + 6 H2O → C6H12O6 + 6 O2

Ex 20 p71 : Réactifs : - alcool : C2H6O - dioxygène : O2 2. Produits : - dioxyde de carbone : CO2 - eau : H2O 3. Bilan littéral : alcool + dioxygène → dioxyde de carbone + eau 4. Equation de réaction : C2H6O + O2 → CO2 + H2O C2H6O + O2 → 2 CO2 + H2O C2H6O + O2 → 2 CO2 + 3 H2O C2H6O + 3 O2 → 2 CO2 + 3 H2O

Equilibrer des réactions chimiques 1

Equilibrer des réactions chimiques 2

Equilibrer des réactions chimiques 3

Equilibrer des réactions chimiques 4

Vérifie si tu as vraiment tout bien compris encore une fois

En complément: Explication de la combustion du carbone

Réalise ces exercices intéractifs

Molécules et coefficients

Equilibrage réactions avec ballons

Un peu de tout 1

Un peu de tout 2

Molécules en 3D avec lunettes