La transformation chimique 3e : exercices corrigés (PDF)

Un comprimé qui pétille dans l’eau, du sucre qui devient caramel, le pot catalytique d’une voiture qui débarrasse les gaz du moteur d’une partie du monoxyde de carbone : à chaque fois, des espèces chimiques disparaissent et d’autres apparaissent. C’est ce qui sépare une transformation chimique d’un changement d’état ou d’un simple mélange. L’équation de réaction la résume en une ligne, et elle raconte une histoire d’atomes : ils ne disparaissent pas, ils changent de partenaires. C’est pour cette raison que la masse se conserve… à condition de compter aussi les gaz. Les trois premiers exercices vérifient que le cours est compris, sans calcul : deux quiz et un texte à trous, corrigés dès que tu valides. Les deux suivants se font au brouillon, avec un corrigé rédigé comme au tableau : peser un comprimé effervescent en flacon fermé puis ouvert, puis identifier un gaz avec une banque de tests, comme en évaluation.

La transformation chimique

Des espèces disparaissent, d’autres apparaissent. Les atomes, eux, restent les mêmes.

Physique ou chimique ?

Une transformation est chimique quand des espèces disparaissent et que d’autres apparaissent. Un changement d’état garde les mêmes espèces, ici les mêmes molécules d’eau : c’est une transformation physique. Un mélange ou une dissolution ne créent pas non plus d’espèce nouvelle.

La question à se poser : une espèce nouvelle apparaît-elle ? Une couleur qui change ou des bulles ne suffisent pas à le prouver.

L’équation de réaction

Elle décrit la transformation : les réactifs, consommés, s’écrivent à gauche de la flèche ; les produits, formés, à droite. La flèche se lit « se transforment en » : ce n’est pas un signe égal.

Un nombre écrit devant une formule compte les molécules : 3 O₂, ce sont 3 molécules de dioxygène. Changer un indice changerait l’espèce.

Les atomes se redistribuent

Des liaisons entre atomes se rompent, d’autres se forment : les atomes changent de partenaires, aucun n’est créé ni détruit. Une équation ajustée compte autant d’atomes de chaque sorte des deux côtés de la flèche.

La masse se conserve : la masse des réactifs consommés est égale à la masse des produits formés. Dans un récipient ouvert, un gaz qui s’échappe emporte sa masse.

Les tests d’identification

Dioxyde de carbone : l’eau de chaux, limpide, se trouble.
Eau : le sulfate de cuivre anhydre, blanc, devient bleu.
Dioxygène : une bûchette incandescente se rallume.
Dihydrogène : une flamme approchée provoque une petite détonation.

Un test caractéristique identifie une espèce. On le décrit en trois temps : ce que l’on fait, ce que l’on observe, ce que l’on en conclut.

Un test ne prouve qu’une espèce s’est formée que si elle était absente au départ.

La carte du chapitre : ce qu’il faut avoir sous les yeux pour faire les cinq exercices.

Avant de te lancer : pour les exercices 4 et 5, cherche au brouillon avant d’ouvrir le corrigé : c’est en te trompant que tu progresses. Les exercices réussis se cochent au fur et à mesure, et la page retient où tu en es.

Exercice 3

Réactifs, produits, conservation de la masse et tests

★★★

Le cours en un texte à trous

Au cours d'une transformation chimique, les espèces qui disparaissent sont et celles qui apparaissent sont . Dans l'équation de réaction, les réactifs s'écrivent . Pendant la transformation, les atomes : aucun n'est créé ni détruit. C'est pour cette raison que se conserve. Pour le vérifier avec une balance quand un gaz se forme, on travaille dans un récipient : sinon, le gaz s'échappe et la balance affiche une masse . Pour qu'une équation conserve les atomes, on ajuste . Enfin, pour identifier un produit, on réalise un test caractéristique : le dioxyde de carbone , et l'eau .

Exercice 4

Conservation de la masse : peser en flacon fermé, puis ouvert

★★★

Pesées, calcul d'une masse de gaz et test à l'eau de chaux

Inès étudie un comprimé effervescent de vitamine C. Ce comprimé contient notamment de l’hydrogénocarbonate de sodium et de l’acide citrique : dans l’eau, ces deux espèces réagissent entre elles, et il se forme du dioxyde de carbone, un gaz.

Elle réalise trois pesées avec une balance qui affiche les masses au dixième de gramme.

Pesée 1 : sur le plateau, elle pose un flacon en plastique contenant de l’eau, son bouchon et le comprimé.
Pesée 2 : elle fait tomber le comprimé dans l’eau et referme aussitôt le flacon. Quand plus aucune bulle ne se forme, elle relève l’affichage.
Pesée 3 : elle dévisse le bouchon, le repose sur le plateau à côté du flacon ouvert, agite doucement le flacon, puis relève l’affichage.

Les trois pesées d’Inès. La balance affiche les masses au dixième de gramme.

Données : pour identifier le dioxyde de carbone, on fait barboter le gaz, c’est-à-dire qu’on le fait passer en bulles, dans de l’eau de chaux, une solution limpide : si elle se trouble, le gaz est du dioxyde de carbone. L’eau de chaux est une solution basique : on la manipule avec des lunettes de protection.

Nommer les deux réactifs et le produit gazeux cités dans l’énoncé. Pourquoi s’agit-il d’une transformation chimique ?
Comparer les pesées 1 et 2. Que montre cette comparaison ?
Calculer la diminution de masse entre les pesées 2 et 3. À quoi correspond-elle ?
Un camarade affirme : « La pesée 3 prouve que la masse ne se conserve pas au cours d’une transformation chimique. » Expliquer pourquoi il se trompe.
Pour identifier le gaz, Inès refait l’expérience en fermant le flacon par un bouchon percé d’un tube à dégagement, un tuyau qui conduit le gaz hors du flacon ; l’autre extrémité du tuyau plonge dans un tube à essais. À l’aide des données, décrire le test à réaliser : ce qu’elle fait, ce qu’elle doit observer, et ce qu’elle en conclut.

Voir le corrigé

1. Les réactifs sont les espèces consommées : l’hydrogénocarbonate de sodium et l’acide citrique, contenus dans le comprimé. Le produit gazeux est le dioxyde de carbone. Il n’était pas présent au départ : c’est une espèce nouvelle, formée à partir des réactifs. Il s’agit donc d’une transformation chimique, et non d’une simple dissolution du comprimé dans l’eau.

2. La pesée 1 affiche $184{,}6\ \text{g}$ et la pesée 2 affiche aussi $184{,}6\ \text{g}$ : les deux masses sont égales. Entre ces deux pesées, la transformation chimique a eu lieu dans le flacon fermé : rien n’est entré, rien n’est sorti, pas même le gaz formé. La comparaison montre que la masse totale se conserve au cours de la transformation : la masse des réactifs consommés est égale à la masse des produits formés.

3. On note $m_{\text{gaz}}$ la diminution de masse ; l’indice « gaz » rappelle de quelle masse on parle. On retranche la pesée 3 de la pesée 2 :

$m_{\text{gaz}} = 184{,}6\ \text{g} - 184{,}2\ \text{g} = 0{,}4\ \text{g}$

Le flacon a été ouvert entre ces deux pesées : la diminution de $0{,}4\ \text{g}$ correspond à la masse du gaz qui s’est échappé du flacon, le dioxyde de carbone formé par la transformation. Ce n’est pas forcément tout le dioxyde de carbone formé : une partie peut rester dissoute dans l’eau.

4. La transformation était terminée avant l’ouverture du flacon, et la pesée 2 montre que la masse n’avait pas changé. La pesée 3 ne pèse plus la même chose : une partie du gaz est sortie du flacon, et elle n’est plus sur le plateau de la balance. Ces $0{,}4\ \text{g}$ n’ont pas disparu, ils sont partis dans l’air de la salle. La masse se conserve, à condition de peser tout ce qui a été formé, y compris les gaz.

5. Inès fait barboter le gaz qui sort du tube à dégagement dans le tube à essais, qui contient de l’eau de chaux, limpide au départ. Elle porte des lunettes de protection, puisque l’eau de chaux est une solution basique. Si l’eau de chaux se trouble, le gaz qui se dégage est du dioxyde de carbone. Un test se décrit en trois temps : ce que l’on fait, ce que l’on observe, ce que l’on en conclut. Le nom du gaz seul ne décrit pas le test.

Réflexe à retenir : une balance qui affiche moins après une transformation signale un gaz sorti du récipient, pas de la matière disparue. Pour montrer la conservation de la masse, on pèse en récipient fermé.

Je l’ai réussi (ta coche reste enregistrée sur cet appareil)

Exercice 5

Identifier un gaz avec une banque de tests et utiliser l'équation de réaction

★★★

Type évaluation, avec une expérience, une banque de tests et une équation

Au laboratoire, Malik étudie l’eau oxygénée. C’est une solution aqueuse de peroxyde d’hydrogène, de formule $\text{H}_2\text{O}_2$ : elle contient surtout de l’eau. Seule, l’eau oxygénée se décompose très lentement ; un morceau de pomme de terre crue accélère beaucoup cette décomposition, et il ne figure pas dans l’équation de la réaction. Malik porte une blouse et des lunettes de protection : l’étiquette du flacon d’eau oxygénée porte le pictogramme « point d’exclamation » et la mention « Provoque une sévère irritation des yeux ».

Document 1 : l’expérience. Malik verse $5\ \text{mL}$ d’eau oxygénée dans le tube A et $5\ \text{mL}$ d’eau dans le tube B. Il ajoute dans chaque tube un petit morceau de pomme de terre crue, puis il approche une bûchette incandescente de l’ouverture de chaque tube. Une bûchette incandescente est une bûchette de bois qu’on a allumée, puis dont on a éteint la flamme : son extrémité reste rouge.

Les deux tubes, au moment où Malik approche une bûchette incandescente de leur ouverture.

Tube	Contenu	Observations
A	eau oxygénée et pomme de terre	des bulles se forment en abondance ; la bûchette se rallume
B	eau et pomme de terre	aucune bulle ; la bûchette ne se rallume pas

Document 2 : la banque de tests.

Espèce à identifier	Test	Résultat si l’espèce est présente
dioxyde de carbone	on fait barboter le gaz dans de l’eau de chaux, limpide	l’eau de chaux se trouble
eau	on dépose quelques gouttes du liquide sur du sulfate de cuivre anhydre (sans eau), une poudre blanche	la poudre devient bleue
dioxygène	on approche une bûchette incandescente de l’ouverture du tube	la bûchette se rallume
dihydrogène	on approche la flamme d’une allumette de l’ouverture du tube	on entend une petite détonation

Document 3 : l’équation de la réaction.

$2\ \text{H}_2\text{O}_2 \rightarrow 2\ \text{H}_2\text{O} + \text{O}_2$

Données : peroxyde d’hydrogène $\text{H}_2\text{O}_2$ ; eau $\text{H}_2\text{O}$ ; dioxygène $\text{O}_2$ .

Quel gaz se dégage dans le tube A ? Justifier à l’aide de la banque de tests.
Justifier qu’une transformation chimique a lieu dans le tube A. Nommer ensuite, à l’aide de l’équation, le réactif et les produits de cette transformation.
Vérifier que l’équation de la réaction conserve les atomes de chaque sorte.
Expliquer en quoi l’équation de la réaction rend compte de l’absence de dégagement gazeux dans le tube B.
Un élève propose de prouver qu’il s’est formé de l’eau dans le tube A en versant quelques gouttes de son contenu sur du sulfate de cuivre anhydre. Expliquer pourquoi ce test ne permettrait pas de conclure.

Voir le corrigé

1. D’après la banque de tests, une bûchette incandescente se rallume en présence de dioxygène. Dans le tube A, la bûchette approchée de l’ouverture se rallume : le gaz qui se dégage est du dioxygène $\text{O}_2$ .

2. Au départ, le tube A ne contenait que de l’eau oxygénée, c’est-à-dire de l’eau et du peroxyde d’hydrogène, et un morceau de pomme de terre. Le dioxygène qui s’en dégage est donc une espèce nouvelle, formée dans le tube. L’air contient lui aussi du dioxygène, mais pas assez pour rallumer une bûchette : dans le tube B, où rien ne se forme, elle ne se rallume pas. Une espèce nouvelle apparaît, donc une transformation chimique a lieu dans le tube A.

D’après l’équation, le réactif est le peroxyde d’hydrogène $\text{H}_2\text{O}_2$ , seul à gauche de la flèche. Les produits sont l’eau $\text{H}_2\text{O}$ et le dioxygène $\text{O}_2$ , écrits à droite. Cette transformation n’a qu’un seul réactif : une espèce se décompose en deux autres.

3. On compte chaque sorte d’atome de part et d’autre de la flèche, sans oublier les nombres écrits devant les formules.

Hydrogène. À gauche, les 2 molécules $\text{H}_2\text{O}_2$ contiennent chacune 2 atomes d’hydrogène : 4 atomes d’hydrogène. À droite, les 2 molécules $\text{H}_2\text{O}$ contiennent chacune 2 atomes d’hydrogène : 4 atomes d’hydrogène.
Oxygène. À gauche, les 2 molécules $\text{H}_2\text{O}_2$ contiennent chacune 2 atomes d’oxygène : 4 atomes d’oxygène. À droite, les 2 molécules d’eau en contiennent 2 et la molécule de dioxygène en contient 2 :

$2\ \text{atomes} + 2\ \text{atomes} = 4\ \text{atomes d'oxygène}$

On trouve autant d’atomes de chaque sorte des deux côtés de la flèche : l’équation conserve les atomes. Ils se sont redistribués entre de nouvelles molécules.

4. Le tube B contient de l’eau et de la pomme de terre, mais pas d’eau oxygénée, donc pas de peroxyde d’hydrogène. Or l’équation montre que le dioxygène se forme à partir d’un seul réactif, le peroxyde d’hydrogène $\text{H}_2\text{O}_2$ . L’eau, elle, est écrite à droite de la flèche : c’est un produit de la réaction, pas un réactif. Quant à la pomme de terre, elle ne figure pas dans l’équation : elle accélère la transformation, mais elle ne peut pas fournir le dioxygène.

Sans peroxyde d’hydrogène, le dioxygène ne peut donc pas se former dans le tube B : l’équation rend bien compte de l’absence de dégagement gazeux dans ce tube.

5. L’eau oxygénée est une solution aqueuse : elle contient surtout de l’eau, avant même que la transformation commence. Le sulfate de cuivre anhydre deviendrait donc bleu au contact du liquide du tube A, qu’il se soit formé de l’eau ou non ; il bleuirait d’ailleurs aussi avec de l’eau oxygénée prise dans le flacon. Ce test ne permet pas de distinguer l’eau formée de l’eau déjà présente : il ne prouve rien ici.

Réflexe à retenir : un test ne prouve qu’une espèce s’est formée que si cette espèce était absente au départ. Avant de conclure, regarde ce que contenait le récipient avant la transformation.

Je l’ai réussi (ta coche reste enregistrée sur cet appareil)

Les trois réflexes à retenir

Pas d’espèce nouvelle, pas de transformation chimique. Une couleur qui change ou des bulles sont des indices. Pour conclure, on identifie par un test caractéristique une espèce qui était absente au départ.
Compte les atomes des deux côtés de la flèche. Le nombre écrit devant une formule compte les molécules, l’indice compte les atomes du symbole qui le précède. Une équation ajustée a autant d’atomes de chaque sorte à gauche et à droite.
La masse se conserve si rien ne sort. La masse des réactifs consommés est égale à la masse des produits formés. Une balance qui affiche moins signale un gaz qui s’est échappé du récipient, pas de la matière disparue.

Les combustions sont des transformations chimiques avec le dioxygène de l’air : elles se travaillent avec les exercices sur les combustions. Pour lire une formule et compter les atomes d’une molécule, les exercices sur les atomes, molécules et ions reprennent les bases ; pour ne plus confondre mélange et transformation chimique, les exercices sur les corps purs et les mélanges ; et pour les solutions acides et basiques, les exercices sur les acides, les bases et le pH.

Exercices corrigés — La transformation chimique

Transformation chimique, transformation physique ou mélange ?

Lire une équation de réaction et des modèles moléculaires