Optionscience. Chimie. Manuel de l'élève : 3e année du 2e cycle du secondaire

359 Pages·2010·28.439 MB·French

by  Marie-Danielle Cyr

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Chimie
Manuel de l’élève
3e année du 2e cycle du secondaire
Marie-Danielle Cyr
Chimie_Pages IaIX_Epr7.qxd:Layout 1 3/3/10 8:30 PM Page II
Directrice de l’édition Rédacteurs
Monique Boucher Isabelle Arsenault (exercices), cégep
de Victoriaville
Chargée de projet et réviseure linguistique
Daniel Breton (exercices), Juvénat
Sylvie Racine
Notre-Dame du Saint-Laurent, Lévis
Chargés de projet Camilien Charest (exercices), cégep
Johanne Chasle (chapitre 6) de Rimouski (à la retraite)
Virginie Krysztofiak (La chimie mène l’enquête) Laurent Chénard (exercices), cégep
Paul Ste-Marie (La chimie mène l’enquête) de Rimouski (à la retraite)
Dominique Forget (rubrique Articles tirés
Réviseures linguistiques
d’Internet), rédactrice scientifique
Pauline Gélinas
Isabelle Gosselin (exercices), collège
Valérie Lanctôt
Saint-Charles-Garnier, Québec
Correcteurs d’épreuves NathaliePelchat(exercices),collègedeLévis
Yvan Dupuis Denis Poulin (Métho), étudiant au doctorat
Pierre-Yves L’Heureux en mathématique à l’Université Carleton,
Ottawa
Recherchiste (photos et droits)
Marie Therrien (exercices), collège
Marie-Chantal Masson
François-Xavier-Garneau, Québec
Coordonnateur – droits et reproductions
Pascale Therrien (exercices), cégep
Pierre Richard Bernier de Victoriaville
Directrice artistique Jean-Olivier Thibault (exercices), collège
Hélène Cousineau Durocher Saint-Lambert, Saint-Lambert
Coordonnatrice aux réalisations graphiques
Consultants pédagogiques
Sylvie Piotte
Denis Bolduc, polyvalente de Thetford
Couverture Mines, commission scolaire des
Frédérique Bouvier Appalaches
Les Studios Artifisme Mario Cyr, école secondaire Louis-Joseph-
Papineau, commission scolaire au
Conception graphique et édition électronique
Cœur-des-Vallées
Valérie Deltour
Louis Doré, école secondaire Camille-Lavoie,
Illustrateurs commission scolaire du Lac-Saint-Jean
Stéphane Jorisch Diane Itri, école secondaire Paul-Germain-
Bertrand Lachance Ostiguy, commission scolaire des Hautes-
Polygone Rivières
Michel Rouleau Marie-Hélène Marchand, école secondaire
Jean-François Vachon Dorval–Jean-XXIII, commission scolaire
Marguerite-Bourgeoys
JeanMoreau,SéminaireSalésien,Sherbrooke
©ÉDITIONSDURENOUVEAUPÉDAGOGIQUEINC.,2010 SylvainPelletier,collègeJean-Eudes,Montréal
Marie-Ève Renaud, école secondaire de la
Tousdroitsréservés.
Baie-Saint-François, commission scolaire
Onnepeutreproduireaucunextraitdecelivresousquelque
de la Vallée-des-Tisserands
formeouparquelqueprocédéquecesoit–surmachine
électronique,mécanique,àphotocopierouàenregistrer,ou Richard Turgeon, collège Saint-Joseph
autrement–sansavoirobtenu,aupréalable,lapermission de Hull, Gatineau
écritedesÉDITIONSDURENOUVEAUPÉDAGOGIQUEINC.
Réviseures scientifiques
Dépôtlégal –BibliothèqueetArchivesnationalesduQuébec,2010 Josée Brisson, chimiste et professeure
Dépôtlégal –BibliothèqueetArchivesCanada,2010 titulaire à l’Université Laval
Francine Dubé (La chimie mène l’enquête),
ImpriméauCanada 1234567890 II1413121110
chimiste au Laboratoire de sciences
ISBN978-2-7613-3085-5 11167 ABCD OS12
judiciaires, Montréal
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TABLE DES MATIÈRES
TABLE DES MATIÈRES
INTRODUCTION
.................................................................................................................................................... 1
RAPPEL
Commentlireletableaupériodique................................................................................................................................................................. 2
Lesconstituantsdel’atome........................................................................................................................................................................................... 3
Lesreprésentationsdel’atome................................................................................................................................................................................ 4
Lemodèleatomiquesimplifié...................................................................................................................................................................................... 4
LanotationdeLewis.............................................................................................................................................................................................................. 5
Lemodèleatomique«boulesetbâtonnets»................................................................................................................................................ 5
Lesmolécules.................................................................................................................................................................................................................................... 6
Latendancedesélémentsàgagnerouàperdredesélectrons............................................................................................. 6
Lesliaisonschimiques........................................................................................................................................................................................................... 9
Lesrèglesd’écriture............................................................................................................................................................................................................... 10
Lesrèglesdenomenclature........................................................................................................................................................................................... 10
Lesélectrolytes............................................................................................................................................................................................................................ 12
Lanotiondemole........................................................................................................................................................................................................................ 13
Lamassemolaire....................................................................................................................................................................................................................... 13
Laconcentration........................................................................................................................................................................................................................... 14
Lestransformationsdelamatière....................................................................................................................................................................... 16
Lestransformationsphysiques.................................................................................................................................................................................... 17
Lestransformationschimiques................................................................................................................................................................................... 18
Lebalancementd’uneéquationchimique...................................................................................................................................................... 19
Lastœchiométrie....................................................................................................................................................................................................................... 20
INFO+
Lesréactionsd’oxydoréduction............................................................................................................................................................................... 21
Lenombred’oxydation........................................................................................................................................................................................................ 21
Lesdemi-réactionsetleuraddition........................................................................................................................................................................ 22
Lespilesélectrochimiques.............................................................................................................................................................................................. 25
Exercices(RappeletInfo+)......................................................................................................................................................................................... 27
III
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PARTIE I
LESGAZ............................................................................................................................................................................................... 31
11
CHAPITRE
LESPROPRIÉTÉS
PHYSIQUESDESGAZ.................................................................................................................................................... 33
1.1 Lesgazdansnotrequotidien........................................................................................................................................................................ 34
Lesphasesdelamatière............................................................................................................................................................................................. 35
Leschangementsdephase...................................................................................................................................................................................... 37
1.2 Lathéoriecinétiquedesgaz.......................................................................................................................................................................... 39
LABO
1. LAVITESSEDEDIFFUSIONDESGAZ
Lesprincipauxpointsdelathéoriecinétiquedesgaz................................................................................................................ 40
Ladiffusionetl’effusion................................................................................................................................................................................................ 41
1.3 Lapression.............................................................................................................................................................................................................................. 43
Lapressionatmosphérique...................................................................................................................................................................................... 44
Lamesuredelapressiond’ungaz................................................................................................................................................................... 45
Résumé...................................................................................................................................................................................................................................................... 47
Matièreàréflexion.................................................................................................................................................................................................................... 49
Exercices................................................................................................................................................................................................................................................. 50
22
CHAPITRE
LECOMPORTEMENT
DESGAZ................................................................................................................................................................................................. 55
2.1 Lesloissimplesdesgaz......................................................................................................................................................................................... 56
LABOS
2.LARELATIONENTRELAPRESSIONETLEVOLUME
3.LARELATIONENTRELEVOLUMEETLATEMPÉRATURE
4.LARELATIONENTRELAPRESSIONETLATEMPÉRATURE
5.LARELATIONENTRELEVOLUMEETLAQUANTITÉDEGAZ
6.LAMASSEMOLAIRED’UNGAZINCONNU
IV
CHIMIE (cid:1) TABLEDESMATIÈRES
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Larelationentrelapressionetlevolume................................................................................................................................................. 58
Larelationentrelevolumeetlatempérature...................................................................................................................................... 62
Larelationentrelapressionetlatempérature................................................................................................................................... 65
Larelationentrelevolumeetlaquantitédegaz.............................................................................................................................. 67
2.2 Laloigénéraledesgaz.......................................................................................................................................................................................... 71
2.3 Laloidesgazparfaits............................................................................................................................................................................................. 74
LABO
7. LACONSTANTEDESGAZPARFAITS
2.4 Laloidespressionspartielles....................................................................................................................................................................... 76
Résumé...................................................................................................................................................................................................................................................... 79
Matièreàréflexion.................................................................................................................................................................................................................... 81
Exercices................................................................................................................................................................................................................................................. 82
33
CHAPITRE
LESPROPRIÉTÉS
CHIMIQUESDESGAZ.................................................................................................................................................... 87
3.1 Laréactivitéchimiquedesgaz................................................................................................................................................................... 88
LABO
8.LESPROPRIÉTÉSCHIMIQUESDESGAZ
Lesgaznobles........................................................................................................................................................................................................................ 90
Lesgazcomburants......................................................................................................................................................................................................... 90
Lesgazcombustibles..................................................................................................................................................................................................... 92
Quelquesautresgaz....................................................................................................................................................................................................... 94
3.2 Lescalculsstœchiométriques....................................................................................................................................................................... 95
LABO
9.LACOMPARAISONENTRELEVOLUMEDEGAZRECUEILLIETCELUIDÉTERMINÉPARCALCULS
STŒCHIOMÉTRIQUES
Résumé...................................................................................................................................................................................................................................................... 97
Matièreàréflexion.................................................................................................................................................................................................................... 98
Exercices................................................................................................................................................................................................................................................. 99
Passionnésdescience........................................................................................................................................................................................................... 103
V
CHIMIE (cid:1) TABLEDESMATIÈRES
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PARTIE II
L’ASPECTÉNERGÉTIQUEDESTRANSFORMATIONS....................... 105
44
CHAPITRE
LESRÉACTIONSENDOTHERMIQUES
ETEXOTHERMIQUES........................................................................................................................................................ 107
4.1 L’énergieetsesformes.......................................................................................................................................................................................... 108
Lachaleur................................................................................................................................................................................................................................... 109
4.2 Lestransformationsetl’absorptionouledégagementd’énergie.............................................................. 113
LABO
10.LESRÉACTIONSENDOTHERMIQUESETEXOTHERMIQUES
L’équationthermique...................................................................................................................................................................................................... 115
Lavariationd’enthalpied’unetransformation...................................................................................................................................... 116
Lachaleurmolairederéaction............................................................................................................................................................................ 120
4.3 Lebilanénergétiqued’unetransformation............................................................................................................................... 123
Lesdiagrammesénergétiques............................................................................................................................................................................. 126
L’interprétationd’undiagrammeénergétique..................................................................................................................................... 127
Résumé...................................................................................................................................................................................................................................................... 129
Matièreàréflexion.................................................................................................................................................................................................................... 131
Exercices................................................................................................................................................................................................................................................. 132
55
CHAPITRE
LACHALEURMOLAIRE
D’UNERÉACTION.................................................................................................................................................................. 139
5.1 Lacalorimétrie.................................................................................................................................................................................................................. 140
LABOS
11. LADÉTERMINATIONDELACHALEURMOLAIREDEDISSOLUTION
12.LADÉTERMINATIONDELACHALEURMOLAIREDENEUTRALISATION
13.LADÉTERMINATIONDELACHALEURMOLAIREDELANEUTRALISATIOND’UNEBASESOLIDE
14.LACHALEURMOLAIREDEFORMATIONDEL’OXYDEDEMAGNÉSIUM
Lachaleurderéactionensolutionaqueuse.......................................................................................................................................... 144
VI
CHIMIE (cid:1) TABLEDESMATIÈRES
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5.2 LaloideHess...................................................................................................................................................................................................................... 149
UneapplicationpratiquedelaloideHess............................................................................................................................................. 150
Lareprésentationgraphiqued’unmécanismederéaction................................................................................................... 152
Résumé...................................................................................................................................................................................................................................................... 153
Matièreàréflexion.................................................................................................................................................................................................................... 155
Exercices................................................................................................................................................................................................................................................. 156
Passionnésdescience........................................................................................................................................................................................................... 161
PARTIE III
LACINÉTIQUECHIMIQUE.......................................................................................................................... 163
66
CHAPITRE
LESVITESSES
DERÉACTION............................................................................................................................................................................... 165
6.1 Qu’est-cequelavitessederéaction?.............................................................................................................................................. 166
LABO
15.LAMESURED’UNEVITESSEDERÉACTION
Commentdéterminerlavitessed’uneréaction................................................................................................................................ 167
Lavitessegénéraled’uneréaction................................................................................................................................................................... 171
L’étudegraphiquedelavitessederéaction........................................................................................................................................... 172
6.2 Lathéoriedescollisions........................................................................................................................................................................................ 174
Lavitessederéactiond’unmécanismeréactionnel...................................................................................................................... 176
6.3 Lesfacteursinfluantsurlavitessederéaction.................................................................................................................... 177
LABOS
16.L’INFLUENCEDELANATUREDESRÉACTIFSSURLAVITESSEDERÉACTION
17. L’INFLUENCEDELASURFACEDECONTACTSURLAVITESSEDERÉACTION
18.L’INFLUENCEDELACONCENTRATIONSURLAVITESSEDERÉACTION
19. L’INFLUENCEDELATEMPÉRATURESURLAVITESSEDERÉACTION
20.L’INFLUENCEDEDIFFÉRENTSFACTEURSSURLAVITESSEDERÉACTION
21.L’INFLUENCEDESCATALYSEURSSURLAVITESSEDERÉACTION
Lanaturedesréactifs..................................................................................................................................................................................................... 177
Lasurfacedecontactdesréactifs.................................................................................................................................................................... 178
Laconcentrationdesréactifs................................................................................................................................................................................. 179
Latempératuredusystème..................................................................................................................................................................................... 180
L’effetd’uncatalyseur..................................................................................................................................................................................................... 181
VII
CHIMIE (cid:1) TABLEDESMATIÈRES
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6.4 Laloidevitessederéaction............................................................................................................................................................................ 186
LABO
22.LADÉTERMINATIONDEL’ORDRED’UNERÉACTION
Résumé...................................................................................................................................................................................................................................................... 189
Matièreàréflexion.................................................................................................................................................................................................................... 191
Exercices................................................................................................................................................................................................................................................. 192
Passionnésdescience........................................................................................................................................................................................................... 199
PARTIE IV
L’ÉQUILIBRECHIMIQUE.................................................................................................................................. 201
77
CHAPITRE
L’ÉTUDEQUALITATIVE
DEL’ÉTATD’ÉQUILIBRE............................................................................................................................................... 203
7.1 Qu’est-cequel’équilibrechimique?................................................................................................................................................... 204
LABO
23.L’OBSERVATIOND’UNÉTATD’ÉQUILIBRE
Lesconditionsnécessairespouratteindrel’équilibre.................................................................................................................. 207
7.2 L’effetdedifférentsfacteurssurl’équilibre.............................................................................................................................. 209
LABOS
24.L’EFFETDELACONCENTRATIONSURL’ÉTATD’ÉQUILIBRE
25.L’EFFETDELATEMPÉRATURESURL’ÉTATD’ÉQUILIBRE
26.L’EFFETDELAPRESSIONSURL’ÉTATD’ÉQUILIBRE
L’effetdelaconcentration......................................................................................................................................................................................... 210
L’effetdelatempérature............................................................................................................................................................................................. 213
L’effetdelapression........................................................................................................................................................................................................ 215
L’effetd’uncatalyseur..................................................................................................................................................................................................... 217
7.3 Lesapplicationsdel’équilibre..................................................................................................................................................................... 218
Lesprocédésindustriels.............................................................................................................................................................................................. 218
Lescyclesbiogéochimiques................................................................................................................................................................................... 220
Lespiles......................................................................................................................................................................................................................................... 222
Résumé...................................................................................................................................................................................................................................................... 223
Matièreàréflexion.................................................................................................................................................................................................................... 225
Exercices................................................................................................................................................................................................................................................. 226
VIII
CHIMIE (cid:1) TABLEDESMATIÈRES
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88
CHAPITRE
L’ÉTUDEQUANTITATIVE
DEL’ÉTATD’ÉQUILIBRE............................................................................................................................................... 231
8.1 Laloid’actiondemasseetlaconstanted’équilibre...................................................................................................... 232
L’expressiondelaconstanted’équilibre..................................................................................................................................................... 232
L’interprétationdelavaleurdelaconstanted’équilibre........................................................................................................... 235
L’effetdelatempératuresurlavaleurdelaconstanted’équilibre................................................................................. 237
Lescalculsliésàl’expressiondelaconstanted’équilibre....................................................................................................... 238
8.2 Lesacidesetlesbases............................................................................................................................................................................................ 243
LABO
27.LADÉTERMINATIONDELACONSTANTED’ACIDITÉ(K)
a
L’échelledupH...................................................................................................................................................................................................................... 243
Lathéoried’Arrhenius................................................................................................................................................................................................... 244
LathéoriedeBrønsted-Lowry............................................................................................................................................................................. 245
Laconstanted’ionisationdel’eau..................................................................................................................................................................... 248
Laconstanted’acidité.................................................................................................................................................................................................... 249
Laconstantedebasicité.............................................................................................................................................................................................. 253
8.3 Lessolidespeusolubles........................................................................................................................................................................................ 255
LABO
28.LADÉTERMINATIONDELACONSTANTEDUPRODUITDESOLUBILITÉ(K )
ps
Laconstanteduproduitdesolubilité............................................................................................................................................................. 256
Résumé...................................................................................................................................................................................................................................................... 259
Matièreàréflexion.................................................................................................................................................................................................................... 261
Exercices................................................................................................................................................................................................................................................. 262
Passionnésdescience........................................................................................................................................................................................................... 267
LACHIMIE
MÈNEL’ENQUÊTE......................................................................................................................................................... 269
ANNEXES.............................................................................................................................................................................................................................................. 287
MÉTHO...................................................................................................................................................................................................................................................... 315
INDEX......................................................................................................................................................................................................................................................... 337
IX
CHIMIE (cid:1) TABLEDESMATIÈRES