Chim. N° 09

La réaction

chimique :

Exercices.

Correction.

 

   

 

Programme 2010 : La réaction chimique

Programme 2010 : Physique et Chimie

 

Exercices 2005-2006

 Physique et Chimie  seconde 

Collection DURANDEAU   HaCHETTE

Physique et Chimie  seconde 

Collection Microméga   Hatier

Ancienne édition

Pour aller plus loin : 

Mots clés :

Réactifs et produits ; conservation des éléments chimiques ; la réaction chimique ; nombres stœchiométriques ; proportions stœchiométriques ; ...

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1.    Exercice 5 page 330

On introduit, dans un tube à essai, 

une solution de chlorure de baryum (Ba 2+ (aq)  +  2 Cl (aq)

et une solution de sulfate de sodium (2 Na + (aq)  +  SO42– (aq)

Un précipité blanc de sulfate de baryum apparaît.

1. Rechercher les réactifs et les produits de cette transformation.

2. Quelle est la réaction qui modélise cette transformation ?

 Correction :

Solution de chlorure de baryum (Ba 2+ (aq)  +  2 Cl (aq))

Solution de sulfate de sodium (2 Na + (aq)  +  SO42– (aq))

1. Les réactifs et les produits de cette transformation.

On obtient un précipité blanc de sulfate de baryum. 

Les réactifs : les ions baryum Ba 2+ (aq)  et les ions sulfate SO42– (aq)

Le produit formé : le sulfate de baryum BaSO4 (s)

2. Réaction qui modélise cette transformation.

Ba 2+ (aq)

+

SO42– (aq)

BaSO4 (s)

ion baryum

avec

ion sulfate 

donne

sulfate de baryum

 

2.    Exercice 8 page 330

On considère une solution S1 incolore de nitrate de plomb II

(Pb 2+ (aq)  +  2 NO3 (aq)

et une solution  S2 incolore d’iodure de potassium  (K + (aq)  +  I (aq)).  

On mélange dans un tube à essai 3 mL de solution  S1 et 2 mL de  S2.

1. Décrire l’état initial du système après mélange et avant transformation.

2. Lors du mélange, on observe l’apparition d’un précipité jaune. Une transformation chimique a-t-elle eu lieu ?

3. L’espèce chimique formée, électriquement neutre, contient les ions plomb et iodure. Quelle est sa formule ?

4. L’ion plomb II Pb 2+ (aq) disparaît totalement. Décrire l’état final du système.

5. écrire l’équation chimique modélisant cette transformation.

 

 Correction :

Solution de nitrate de plomb II (Pb 2+ (aq)  +  2 NO3 (aq))

Solution d’iodure de potassium  (K + (aq)  +  I (aq)).

1. état initial du système :

État initial

Solution de nitrate de plomb II (Pb 2+ (aq)  +  2 NO3 (aq))

Solution d’iodure de potassium  (K + (aq)  +  I (aq))

Eau : le solvant H2O ()

Quantités de matière :

n (Pb 2+), n (NO3), n (K +), n (I ),

Température et pression :  p et θ

2. Une transformation chimique a lieu, il apparaît une nouvelle espèce chimique : le précipité jaune.

3. Le produit formé est de l’iodure de plomb.

Comme l’ion plomb II porte deux charges positives,

il faut deux fois plus d’ions iodure pour respecter la neutralité électrique du cristal

La formule du cristal : PbI2 (s) :

ceci est une formule statistique, on est en présence d’un cristal ionique et non d’une molécule.

Elle traduit le fait qu’il y a deux ions iodure pour un ion plomb.

4. état final du système 

État final

Ion nitrate :  NO3 (aq)

Ion potassium : K + (aq)  et l’ion iodure :   I (aq)

L’iodure de plomb II : PbI2 (s) 

Eau : le solvant H2O ()

Quantités de matière :

n (PbI2), n (NO3), n (K +), n (I )

Température et pression :  p et θ

5. Réaction chimique

Pb 2+ (aq)

+

I (aq)

PbI2 (s)

ion plomb II

avec

ion iodure 

donne

Iodure de plomb II

 

3.    Exercice 9 page 331.

On introduit dans un tube à essai T de la grenaille de zinc Zn (s)  

et environ 2 mL d’une solution aqueuse d’acide chlorhydrique (H + (aq)  +  Cl (aq)).

Un dégagement gazeux se produit (a).

Après avoir bouché le tube quelques instants, 

on présente une allumette à la sortie du tube, on entend alors une légère détonation.

Après quelques minutes, on prélève un peu de solution  

et on ajoute goutte à goutte une solution hydroxyde de sodium : un précipité blanc apparaît (b).

1. Décrire l’état initial du système après mélange et avant transformation.

2. Quel est le gaz mis en évidence ?

3. Quel est l’ion caractérisé par la formation du précipité ?

4. Transformation chimique :

a. Quelles sont les espèces chimiques affectées par la transformation ayant a lieu dans le tube ?

b. Sachant que l’eau n’est pas un réactif, préciser la nature des réactifs et des produits 

       et écrire l’équation chimique correspondante.

c. Quel est le bilan en quantité de matière traduit par cette équation ?

 

Grenaille de zinc Zn (s)

Solution aqueuse d’acide chlorhydrique (H + (aq)  +  Cl (aq))

1. état initial du système :

État initial

Zinc (métal) : Zn (s)

Solution aqueuse d’acide chlorhydrique :

(H + (aq)  +  Cl (aq))

Eau : le solvant H2O (l)

Quantités de matière :

n (Zn), n (H +), n (Cl ),

Température et pression :  p et θ

2.    Gaz mis en évidence : 

Le gaz qui provoque une légère détonation en présence d’une flamme est le dihydrogène H2 (g).

3. Ion caractérisé par la formation du précipité :

Le test à la soude met en évidence la présence des ions zinc II dans la solution obtenue.

 

Zn 2+ (aq)

+

HO (aq)

Zn(OH)2 (s)

ion zinc II

avec

ion hydroxyde

donne

Hydroxyde de zinc II

4. Transformation chimique :  

a. Espèces chimiques affectées par la transformation ayant a lieu dans le tube T :

-  Il y a le zinc métal qui se transforme en ions zinc II : Zn 2+ (aq)

-  Il y a les ions hydrogène H + (aq) qui se transforment en dihydrogène H2 (g).

b. Les réactifs : il y a le zinc métal Zn (s) et les ions hydrogène H + (aq).

-  Produits : Zn 2+ (aq)  et H 2 (g).

-  Réaction chimique

Zn (s)

+

2 H + (aq).

Zn 2+ (aq)

+

H 2 (g)

c. Bilan en quantité de matière :

 

Zn (s)

+

2 H + (aq).

Zn 2+ (aq)

+

H 2 (g)

-  La disparition d’une mole de zinc métal Zn (s)  

et de deux moles d’ions hydrogène H + (aq

donne l’apparition d’une mole d’ions zinc II Zn 2+ (aq)

et d’une mole de dihydrogène gaz H 2 (g).

 

4.    Exercice 11 page 331.

Ajuster les nombres stœchiométriques des équations suivantes :

1. 

N2 (g)   +     H2  (g)      NH3 (g)   

2.

Na (s)   +     Cl2  (g)      NaCl (s)

3.

Fe (s)   +     O2  (g)      Fe3O4  (s)   

4.

C2H6 (g)   +     O2  (g)      CO2 (g)    +    H2O () 

5.

CH4 (g)   +     Cl2 (g)       CHCl3 (l)  +    HCl (g) 

 

 

Ajuster les nombres stœchiométriques des équations suivantes :

1. 

N2 (g)   +     H2  (g)      NH3 (g)   

1. 

N2 (g)   +    3 H2  (g)     2 NH3 (g)   

2.

Na (s)   +     Cl2  (g)      NaCl (s)

2.

2 Na (s)   +     Cl2  (g)     2 NaCl (s)

3.

Fe (s)   +     O2  (g)      Fe3O4  (s)   

3.

3 Fe (s)   +    2 O2  (g)      Fe3O4  (s)   

4.

C2H6 (g)   +     O2  (g)      C O2 (g)    +    H2O () 

4.

2 C2H 6 (g)   +    7 O2  (g)     4 CO2 (g)    +   6 H2O () 

5.

CH4 (g)   +     Cl2 (g)      CHCl3 ()  +    HCl (g) 

5.

 CH4 (g)   +    3 Cl2 (g)      CHCl3 ()  +   3 HCl (g) 

 

5.    Exercice 19 page 332

Un alcane gazeux a pour formule brute Cx H2 x + 2. La combustion complète d’une mole de A donne quatre moles de dioxyde de carbone et de l’eau à l’état gazeux.

1. Déterminer la formule brute de A.

2. écrire l’équation de combustion de A.

3. Montrer qu’il existe deux formules semi-développées possibles de A. Que représentent ces deux formules ?

 

 

Alcane A :  Cx H2 x + 2.

1. Formule brute de A.

-  La combustion complète d’une mole de A donne quatre moles de dioxyde de carbone. Le carbone présent dans le dioxyde de carbone ne peut provenir que du carbone présent dans l’alcane A.

-  La solution la plus simple est de prendre x = 4.

-  Formule brute : C4H10

2. équation de combustion de A.

2 C4H10 (g)   +    13 O2  (g)     8 CO2 (g)    +   10 H2O (g)

3. Formules semi-développées possibles de A

On est en présence de deux isomères (isomérie de chaîne).

Deux molécules isomères ont même formule brute mais des enchaînements d’atomes différents.

CH 3 – CH 2 –  CH 2 – CH 3

butane

 

CH 3  –  CH  – CH 3

 

 

|

 

 

 

 

   CH 3

 

 

isobutane

ou 2-méthylpropane

 

I-  Exercice 10 page 148.

 

Dans les transformations suivantes, préciser s’il s’agit d’une transformation chimique et, dans l’affirmative, donner l’état initial et l’état final.

Un radiateur électrique qui chauffe : ceci est dû au passage du courant dans une résistance. 

Une lampe électrique qui s’éclaire : 

L’extraction de l’essence de lavande. 

Un moteur diesel qui fonctionne : 

Un moteur essence qui fonctionne :

 

Dans les transformations suivantes, préciser s’il s’agit d’une transformation chimique et, dans l’affirmative, donner l’état initial et l’état final.

Un radiateur électrique qui chauffe : ceci est dû au passage du courant dans une résistance. 

-  La chaleur est produite par effet Joule. 

-  Il ne s’agit pas d’une transformation chimique.

Une lampe électrique qui s’éclaire : 

-  ce phénomène est dû au passage du courant dans le filament d’une  lampe. 

-  Ce filament porté à haute température (2500 °C) émet de la lumière, c’est le phénomène d’incandescence. 

-  Il ne s’agit pas d’une réaction chimique.

L’extraction de l’essence de lavande. 

-  Cette opération consiste à extraire les huiles essentielles présentes dans la fleur de lavande. 

-  On réalise un entraînement à la vapeur c’est-à-dire une distillation simple. 

-  Il s’agit d’une transformation physique (changement d’état), on passe de l’état liquide à l’état gazeux puis de l’état gazeux à l’état liquide. 

-  Il ne s’agit pas d’une transformation chimique.

Un moteur diesel qui fonctionne : 

-  Il s’agit ici d’une réaction chimique faisant intervenir un combustible (le gazole) et un comburant le dioxygène de l’air. 

-  Le gazole est un mélange d’hydrocarbures liquides. Il faut 25 g d’air pour brûler 1 g de gazole. 

-  État initial : gazole et air. État final : dioxyde de carbone, eau et autres.

Un moteur à essence qui fonctionne : 

-  il s’agit ici d’une réaction chimique faisant intervenir un combustible (l’essence) et un comburant le dioxygène de l’air. 

-  L’essence est un mélange d’hydrocarbures liquides. 

-  État initial : essence et air. État final : dioxyde de carbone, eau et autres.

II - Exercice 13 page 148.

On enflamme une bûchette de bois.

a)- Quels sont les réactifs de cette combustion ?

b)- Quels sont les principaux produits de cette combustion, supposée complète, sachant que les éléments chimiques présents dans le bois sont essentiellement C, H et O ?

c)- Quel est l’état initial de cette réaction ?

d)- Donner un exemple d’état final.

e)- On introduit la bûchette enflammée dans un tube à essais vide et sec.

- La bûchette s’éteint presque immédiatement.

- En utilisant les termes réactif, produit et état final, faire une phrase qui décrive la raison pour laquelle la bûchette s’est éteinte.

 

On enflamme une bûchette de bois.

a)- Quels sont les réactifs de cette combustion ?

-  le bois et le dioxygène de l’air. Le bois contient essentiellement de la cellulose qui est un polymère du glucose.

b)- Quels sont les principaux produits de cette combustion, supposée complète, sachant que les éléments chimiques présents dans le bois sont essentiellement C, H et O ?

-  Les produits de la réaction de combustion complète sont le dioxyde de carbone CO2 et l’eau H2O.

c)- Quel est l’état initial de cette réaction ?

-  E.I : La bûchette de bois et air.

d)- Donner un exemple d’état final.

-  E.F : dioxyde de carbone et vapeur d’eau.

e)- On introduit la bûchette enflammée dans un tube à essais vide et sec.

- La bûchette s’éteint presque immédiatement.

- En utilisant les termes réactif, produit et état final, faire une phrase qui décrive la raison pour laquelle la bûchette s’est éteinte.

-  Dans l’état final, la réaction chimique s’arrête car l’un des réactifs, le dioxygène a totalement disparu.

 

 

III -  Exercice 16 page 149.

Ajuster la stœchiométrie des équations chimiques suivantes.  

a)- 

CH4 (g)   +     O2  (g)      CO2 (g)    +    H2O () 

a)- 

 

b)-

C6H12O6 (s)   +     O2  (g)      CO 2 (g)    +    H2O () 

b)-

 

c)-

Al (s)   +     O2  (g)      Al2O (s)   

c)-

 

d)-

C4H6 (g)   +     Cl2  (g)      C4H6Cl4 (g)

d)-

 

e)-

C6H6 (g)   +     HNO3 ()      C6H3N3O6 ()  +    H2O () 

e)-

 

f)-

FeCl 3 (s)   +     MgO  (s)      Fe 2O (s)    +    MgCl 2 (s) 

f)-

 

 

Ajuster la stœchiométrie des équations chimiques suivantes.  

a)- 

CH4 (g)   +     O2  (g)      CO2 (g)    +    H2O () 

a)- 

CH4 (g)   +    2 O2  (g)      CO2 (g)    +   2 H2O () 

b)-

C6H12O6 (s)   +     O2  (g)      CO 2 (g)    +    H2O () 

b)-

C6H12O6 (s)   +   6  O2  (g)     6 CO2 (g)    +   6 H2O () 

c)-

Al (s)   +     O2  (g)      Al2O (s)   

c)-

4  Al (s)   +   3 O2  (g)    2  Al2O (s)   

d)-

C4H6 (g)   +     Cl2  (g)      C4H6Cl4 (g)

d)-

C4H6 (g)   +    2 Cl2  (g)      C4H6Cl4 (g)

e)-

C6H6 (g)   +     HNO3 ()      C6H3N3O6 ()  +    H2O () 

e)-

C6H6 (g)   +   3  HNO3 ()      C6H3N3O6 ()  +   3 H2O () 

f)-

FeCl 3 (s)   +     MgO  (s)      Fe2O3  (s)    +    MgCl2 (s) 

f)-

2  FeCl 3 (s)   +    3 MgO  (s)      Fe2O     +  3  MgCl2 (s) 

 

4)- exercice 22 page 150.

Les pluies acides sont liées à la pollution industrielle et automobile. 

Une pluie acide est une solution aqueuse d’acide sulfurique H2SO4 ou d’acide nitrique HNO3.

a)- Pour qu’une solution soit acide, il faut qu’elle contienne des ions H3O+.

-   Proposer une équation chimique qui mette en évidence la formation de l’ion H3O+ lors de la réaction de l’acide sulfurique avec l’eau.

b)- même question pour la solution d’acide nitrique.

c)- l’origine de l’acide sulfurique dans l’atmosphère est due à la présence de trioxyde de soufre SO3.

-   Proposer une équation chimique rendant compte de la production de l’acide sulfurique et qui mette en jeu le trioxyde de soufre et une espèce chimique présente dans les nuages.

d)- le trioxyde de soufre provient de la combustion d’espèces chimiques présentes dans le gaz naturel.

-   Pourquoi la combustion du méthane pur CH4 ne peut-elle produire d’acide sulfurique ?

e)- Sachant que la combustion complète d’un hydrocarbure donne uniquement du dioxyde de carbone et de l’eau, écrire l’équation de combustion du méthane.

f)-  Une impureté courante présente dans le gaz naturel a pour formule brute CH4S.

-   Proposer un schéma de Lewis pour cette espèce.

g)- Montrer par une équation chimique que la combustion de cette espèce chimique soufrée permet la production, en autres, de trioxyde de soufre.

h)- La formation d’acide nitrique passe également par la production d’un oxyde, mais il s’agit du dioxyde d’azote NO2.

-   Montrer qu’il y a dans l’atmosphère tous les réactifs pour produire du dioxyde d’azote.

i)- Traduire par une équation chimique que le dioxyde d’azote, en présence d’eau et de dioxygène produit de l’acide nitrique.


Les pluies acides sont liées à la pollution industrielle et automobile. 

Une pluie acide est une solution aqueuse d’acide sulfurique H2SO4 ou d’acide nitrique HNO3.

a)- Pour qu’une solution soit acide, il faut qu’elle contienne des ions H3O+.

-   Proposer une équation chimique qui mette en évidence la formation de l’ion H3O+ lors de la réaction de l’acide sulfurique avec l’eau.

H2SO4 ()

+

H2O () 

H3O + (aq)

+

HSO42- (aq)

acide

sulfurique

 

eau

 

ion

oxonium

 

ion

hydrogénosulfate

 

H2SO4 ()

+

2 H2O () 

2 H3O + (aq)

+

SO42- (aq)

acide

sulfurique

 

eau

 

ion

oxonium

 

ion

sulfate

 

b)- même question pour la solution d’acide nitrique.

HNO3 ()

+

H2O () 

H3O + (aq)

+

NO3- (aq)

acide

nitrique

 

eau

 

ion

oxonium

 

ion

nitrate

 

c)- l’origine de l’acide sulfurique dans l’atmosphère est due à la présence de trioxyde de soufre SO3.

-   Proposer une équation chimique rendant compte de la production de l’acide sulfurique et qui mette en jeu le trioxyde de soufre et une espèce chimique présente dans les nuages.

 SO3 (s)

+

H2O () 

H2SO4 ()

trioxyde

de

soufre

 

eau

 

acide

sulfurique

d)- le trioxyde de soufre provient de la combustion d’espèces chimiques présentes dans le gaz naturel.

-   Pourquoi la combustion du méthane pur CH4 ne peut-elle produire d’acide sulfurique ?

-   La combustion du méthane pur ne peut pas produire d’acide sulfurique  parce que l’élément soufre S, présent dans l’acide sulfurique n’est pas présent dans les réactifs de la combustion du méthane pur.

-   Le méthane pur brûle en présence de dioxygène pour donner du dioxyde de carbone et de l’eau.

e)- Sachant que la combustion complète d’un hydrocarbure donne uniquement du dioxyde de carbone et de l’eau, écrire l’équation de combustion du méthane.

CH4 (g)   +    2 O2  (g)      CO2 (g)    +   2 H2O ()

f)-  Une impureté courante présente dans le gaz naturel a pour formule brute CH4S.

-   Proposer un schéma de Lewis pour cette espèce.

-  Formule brute : CH4S : méthanethiol

-  Fomule développée :

-  Formule semi-développée :

-  Modéles éclaté et compact :

-    Schéma de Lewis :  

g)- Montrer par une équation chimique que la combustion de cette espèce chimique soufrée permet la production, en autres, de trioxyde de soufre.

2 CH4S (g)   +    7 O2  (g)    2 SO3 (s)   +  2  CO2 (g)    +   4 H2O (ℓ)

h)- La formation d’acide nitrique passe également par la production d’un oxyde, mais il s’agit du dioxyde d’azote NO2.

-   Montrer qu’il y a dans l’atmosphère tous les réactifs pour produire du dioxyde d’azote.

-   Les éléments chimiques dans le dioxyde de d’azote sont l’oxygène et l’azote présents dans l’atmosphère sous forme de dioxygène et de diazote.

i)- Traduire par une équation chimique que le dioxyde d’azote, en présence d’eau et de dioxygène produit de l’acide nitrique.

4 NO2 (g)   +    O2  (g) +   2 H2O ()     4 HNO3 ()