Commission scolaire des Laurentides

CORRIGÉ

CHIMIE - 5041

Forme A

ÉTUDE DES GAZ Révision mars 2014 CHIMIE- 5041 PRÉTEST Préparé par Isabelle Lapierre Ce document provient du site web du Sitsat Estrie Janvier 2003

CHIMIE – 5041 PRÉTEST FORME A

L'ÉTUDE DES GAZ

1. La matière subit des changements de phase. Précisez si des énoncés sont faux et corrigez-les.

A. Lorsque le fer passe de l'état solide à l'état liquide, l'attraction entre les atomes diminue. B. Sur le mont Everest, l'eau bout plus rapidement , ce qui se fait à une température

inférieure et à une pression plus élevée que 101.3 kPa. C. Dans une bonbonne de gaz pour les BBQ, les molécules de gaz sont comprimées dans

un volume déterminé. Sinon, les molécules auraient un volume indéfini. D. Il est impossible de comprimer 100 ml de lait car la distance entre les molécules est trop

petite. Rép. : B - Sur le mont Everest, l'eau bout plus rapidement , ce qui se fait à une

température inférieure et à une pression plus basse que 101.3 kPa. 4 points 2. Vrai ou faux. Si faux, corrigez l'énoncé.

A. Le cycle de l'ozone est perturbé par la présence des CFC. Ces derniers, dans l'atmosphère, jouent un rôle de catalyseur en empêchant l'oxygène (O2 ) de régénérer l'ozone. Vrai

B. Le SO2 est un gaz provenant de la combustion des combustibles fossiles et de la cheminée des usines. Il contribue à la destruction de la couche d'ozone. Faux… Il contribue à la formation de pluie acide.

C. La photosynthèse permet la production d'oxygène. C'est pourquoi la destruction massive de la forêt amazonienne est si dramatique. Vrai

D. Le CO2 est un gaz rejeté par l'homme lors de la respiration. C'est à cause du phénomène de surpopulation que l'effet de serre augmente. Faux… c'est à cause de l'utilisation des combustibles fossiles que l'effet de serre augmente.

4 points 3. Un contenant de crème à raser est écrasé par mégarde. Toute la crème sort de

son contenant. Comment expliquer ce résultat? (utilisez la définition de la pression).

P= F A En comprimant le contenant, une force est appliquée. Puisque P∝F, la pression

augmente. Le volume occupé par les molécules est inférieur et le nombre de molécules par unité de surface augmente.

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4 points

4. En utilisant l'hypothèse d'Avogadro, trouvez l'affirmation exacte et justifiez.

2H2 + O2 2H2 O

A. A TPN, l'ajout d'une mole de H2 produira 2 moles d'eau. B. Si on diminue de moitié la quantité d'oxygène, il n'y aura pas d'effet sur la quantité

d'eau produite. C. 10 L d'eau seront produits si 5 L d'oxygène et 10 L d'hydrogène sont présents

au départ. D. 100 g d'oxygène sont nécessaires pour réagir avec 50 g d'hydrogène.

On sait que V∝n alors, si 2 moles réagissent avec 1 mole, 10 L vont réagir avec 5 L pour donner 2 moles et 10 L.

4 points 5. On gonfle 10 ballons pour la fête à Mathieu dans une maison à 250 C. Par la suite,

les ballons sont installés sur le perron extérieur à – 50 C. Après 2 heures, les ballons ont diminué de moitié leur volume. Expliquer le phénomène en vous appuyant sur les lois régissant le comportement des gaz.

Rép. : Lorsque la température diminue, l'énergie cinétique des molécules dans le ballon

diminue aussi. La vitesse de déplacement est moindre, il y a moins de collisions et le volume occupé diminue.

4 points 6. Un pneu d'auto est gonflé à l'extérieur d'un garage à une température de 00 C. Le

pneu contient 15 kPa de pression et a un volume de 5 L. A. Qu'arrive-t-il au volume du pneu en été lorsque la température est de 300 C?

Rép : Volume augmente car l'énergie cinétique des molécules augmente. V1 = V2 5 = V2 V2 = 5.55 L T1 T2 273 303

B. Si 5 kPa de pression est ajouté au pneu à 00 C, combien de moles le pneu contiendra-t-il? 1- Pv = nRT 2- P1 = n1

15 kPa . 5 L = 8.314 . N . 273 P2 n2

N = 0.033 moles 15 = 0.033 20 n2

n2 = 0.044 moles 7. Vrai ou faux.

4 points

A. Une liaison exothermique signifie que l'énergie possédée par les produits est supérieure à celle possédée par les réactifs. Vrai

B. Dans une réaction endothermique, il est plus facile de former les réactifs que les produits. Vrai

C. Les éléments de la famille VA peuvent former jusqu'à 5 liaisons avec d'autres atomes. Faux

D. Quand l'énergie pour briser les réactifs est supérieure à l'énergie de formation des produits, la réaction se révèle exothermique. Faux 4 points

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Sur un comptoir de cuisine, on retrouve les éléments suivants : un couteau enacier inoxydable allant au lave-vaisselle, un verre de jus d'orange Minute Maid etun pot de confiture Kraft aux fraises.Classez ces éléments en ordre croissant de température de fusion etjustifiez.Jus d'orange, confiture, couteau

A température de la piece, le jus d'orange est liquide, la confiture est solide-liquide et le couteau est tres solide. Donc, l'énergie nécessaire é la fusion du couteau estsupérieure é celle de la confiture qui est, é son tour, supérieure é celle du jus d'orange.

4 pointsOn introduit 3 gaz dans 3 ballons de1 L. Le premier ballon contient 55 g de C02.Le deuxiéme ballon contient 20 g de CH4. Le troisiéme ballon contient 15 g d'ungaz inconnu. Si la méme quantité de moles se trouve dans chaque ballon,déterminer la masse molaire du gaz inconnu.1 mole CO2=44g 1 mole CH4= 16g 1 mo|eX=?g

X -55 X - 20 1 25 mo|es- 15- 9 - 9 - - 9'—>1.25 moles '—> 1.25 moles _

masse molaire = 12 g

4 points

Dans un erlenmeyer de 2 L se trouvent 15 g de NO, 25 g de S02, 30 g de C02 et 5 gde 02. La pression interne de |'er|enmeyer est de 50 kPa.Calculez la pression partielle de chaque gaz.1 mole NO = 30 g 1 mole S02 = 64.1g 1 mole CO2 = 44 g 1 mole O2 = 32 g

X =15g X =20g X =30g X =5g'—> 0.5 mole '—> 0.39 mole ‘—>0.68 mole '—>O.16 mole

nT°ta| = 0.5 + 0.39 + 0.68 + 0.16 = 1.73 moles

E1 Ps0;= 0.39 Pc0;= 0.68 fig150 1.73 50 1.73 50 1.73 50 1.73

PNO = 14.5 kPa P302 = 11.3 kPa P002 = 19.7 kPa P02 = 4.6 kPa

4 points

Une bonbonne de créme fouettée (500 ml) se trouve é 20° C et subit une pressioninterne de 70 kPa. Si Ia température chute 5 0° C et qu'on transfert Ie tout dans unnouveau contenant de 200 ml, qu'arrive-t-i| 5 Ia pression?V1=0.5L V2=0.2LT1=20+273=293K T2=O+273=273kP1 = 70 kPa P2 = '?

P1V1= P2 V2

T1 T2 P2 = 163.1 kPa70 x 0.5 = P2X 0.2293 273

4 points

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12. Le procédé Haber permet de fabriquer de l'ammoniac (NH3) en utilisant de l'azote

(N2) et de l'hydrogène (H2) selon l'équation : N2(g) + 3 H2(g) 2 NH3(g) Déterminer la masse de N2 requise pour préparer 2 L d'ammoniac à 350 K et 450 kPa.

PV = nRT 450 x 2 = n x 8.31 x 350 n = 0.31 mole de NH3 N2 + 3 H2 2 NH3

28 g 2 moles X g 0.31 mole 28 g X 0.31 mole = 2 moles 13. Voici différents énoncés sur les gaz : Trouvez les énoncés faux et expliquer pourquoi à l'aide de la théorie cinétique des

gaz. 1. Lorsque l'on chauffe l'eau d'une bouilloire, les molécules acquièrent de

l'énergie, les liens s'affaiblissent, se brisent. Les molécules deviennent indépendants. Vrai

2. Au point d'ébullition d'une substance, toute la chaleur fournie sert à chauffer

le gaz libéré. Faux : La chaleur sert à briser les liens qui retiennent les molécules du liquide afin d'en faire un gaz.

3. Lorsqu'il fait froid, le mercure descend car l'agitation des molécules de

mercure diminue. Il y a contraction. Vrai 4. Le mot "brownien" s'explique par le fait que les molécules de pollen bougent

dans l'eau comme si elles étaient vivantes. Faux : Ce sont les molécules du liquide qui entrent continuellement en collision avec les grains de pollen car les molécules sont animées de mouvement de rotation et de vibration.

8 points 14. CH4 + 2 02 C02 + 2 H2 0 Calculez le bilan énergétique de la réaction. La réaction est-elle exo – ou endothermique? H 0 = 0 0 = C = 0 H - O - H H-C-H 0 = 0 H - O - H H 4 X (C-H) 2 X (0=0) 2 X (C=0) 4 X (0-H) 4 X 414 2 X 502 2 x 799 4 x 464 1656 + 1004 1598 + 1856

2660 kJ - 3454 kJ Bilan = - 794 kJ / mole 4 points

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4.33 g de N2—@

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lillillillil

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15. Quelle masse de C02 est contenue dans un extincteur de 10 L possédant 250 kPa de pression à température de la pièce (200 C).

P V = nRT T = 20 + 273 250 X 10 = 8.314 X n X 293 45.32 g 6 points 16. Lire le texte en annexe et répondre aux questions suivantes :

A. Mentionnez une amélioration à la vie quotidienne qu'a apporté la notion pression.

Rép. : Plusieurs réponses possibles (ex : presto, réfrigérateur, bonbonne aérosol) B. Reliez cette notion à l'étude des gaz. Rép. : La pression est reliée au volume, au nombre de moles et à la température des gaz. C'est une caractéristique importante pour décrire les gaz.

5 points 17. Les congélateurs sont apparus au 20e siècles avec l'avènement de l'électricité.

Ces appareils permettent une conservation plus longue de plusieurs aliments. Avant leur apparition, les gens utilisaient des chambres froides et , en hiver, la neige pour garder la nourriture.

Comment l'étude des gaz a-t-elle permis l'arrivée des congélateurs? Expliquez leur fonctionnement. Rép. : À l'intérieur du compresseur, le fréon est comprimé ce qui augmente la température du

gaz. Le gaz passe dans le condensateur où il est refroidi. Il devient liquide. Le liquide arrive à l'évaporateur où il capte la chaleur ambiante dans le congélateur. Il redevient gazeux. Grâce à la captation de chaleur, le congélateur reste froid. 5 points

18. Il y a 20 ans, toutes les bonbonnes aérosols contenaient des CFC.

A. Quelle était l'utilité de ces derniers? Rép. : Ils servaient de gaz pulvérisateurs. Ils ne devaient pas réagir avec le produit à pulvériser

et devaient être chimiquement stables.

B. Par quoi sont-ils remplacés maintenant? Rép. : Le butane (voir p. 3.24)

C. Expliquer, à l'aide d'équations, pourquoi les CFC sont maintenant bannis. Rép. : Le chlore provenant des CFC réagit avec l'ozone : (1) Cl + O3 ClO + O2 (2) Cl O + O Cl + O2 La réaction (2) empêche le 2e étape du cycle de l'ozone qui est : O2 + O O3 + énergie. 5 points

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n = 1.03 moles

ANNEXE

Au Moyen-Âge, l'alchimie faisait rage. Les alchimistes croyaient que les métaux purs avaient une âme et que le feu pouvait la leur retirer. Ils tentaient d'obtenir la pierre philosophale et l'élixir de vie. La pierre philosophale était capable, selon eux, de transformer les métaux vifs en or. L'élixir de vie était obtenu par infusion de la pierre philosophale dans l'alcool.

Cependant, ces théories furent de plus en plus décriées. Les observations faites au cours d'expérience déterminent si les théories sont valables ou non.

Boyle ouvre la voie aux chercheurs méthodiques. Il découvre que la couleur du sirop de violette permet de distinguer un acide d'une base. De plus, il fut un des pionniers de l'étude des gaz. On lui doit la loi qui porte son nom au sujet de la compressibilité des gaz.

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CHIMIE - 5041PRETESTFORME A

L'ETUDE 01-as GAZEXAMEN DE LABORATOIRE

Une technicienne de laboratoire travaille dans une piece fermée bien ventilée ou la températureest maintenue a 20° C et la pression a 101,3 Kpa. La technicienne introduit 10 g de CO2 dansune seringue. Le volume occupé par le gaz est, a ce moment-la, de 100 ml. Tout en gardant lapression constante, elle s'aper<;oit que lorsqu'elle met 8 g, le volume occupé est alors de 80 ml.Elle insére 5 g et le volume est de 50 ml. A 2 g de gaz, elle enregistre 20 ml. Finalement, elleintroduit 25 g de CO2 et le volume passe a 250 ml.

A. Quels sont les parametres constants dans cette expérience?Rép. : Pression et température

B. Quelles sont les variables dépendante et indépendante?Rép. : Dépendante = volume

lndépendante = masse

C. Construire un tableau des résultats permettant de réunir toutes les variables ettous les paramétres.

Rep. : Masse de CO2 et volume correspondant occupé dans la seringue

Masse de CO2 Volume1.9.1 (ml)2 205 508 8010 10025 250

D. Construire un graphique et bien identifier axes et unités utilisés.A Volume occupé en fonction de la masse

300 _

Volume 250 "(ml)

200 -

150 _

100'“

50-

5 10 15 20 25 30 masse (g)

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111111, 1

1

1

1

1

1

11

2

11

1

1

Etablir la relation qui existe entre les parametres variables.Donner une formule mathématique et interpreter.

y=mx +b

/J\%,volume pente masse ordonnée a l'origine

l l 1 I

Y2 ' Y1 0

X2-X1

point1:(0;0) 250~0=10ml=10mlpoint2:(25;250) 25-0 1g g

Volume= 10 masse +0V = 10m

donc, le volume est proportionnel a la masse de CO2insérée dans la seringue.

V est le volume en ml et m la masse en grammes.

Ce volume occupé est constant pour la méme température et pression que dansl'expérience.

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