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DIMA - Chimie - Exercices 2011/2012
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Chapitre 1 : Les métaux dans la vie quotidienne
Pourquoi l’aluminium (ou un alliage d’aluminium) est-il préféré au fer (acier) pour réaliser des
avions ou cadres de vélos ?
Les métaux les plus couramment utilisés sont le fer, le zinc, l’aluminium, le cuivre, l’argent et l’or.
Comment pouvons-nous les reconnaître ?
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1. Identification par la couleur : Observons les métaux présents sur la photographie. L'un d'eux a une
couleur très différente des autres. Lequel est-ce ?
2. Identification par attraction magnétique avec un aimant : Lorsque j'approche un
aimant des lames métalliques, seule la lame N°1 réagit et vient se coller à
l'aimant. Les autres lames métalliques ne sont pas attirées. A votre avis de quel
métal est fait la lame N°1 ?
□ De cuivre □ de zinc □ de fer □ d'aluminium
Une barre d'un métal inconnu mesure 10 cm de longueur, 3 cm de largeur et 0,2 cm d'épaisseur.
1. Calculez son volume.
2. Une mesure de sa masse nous donne 43 g. Calculez sa masse volumique.
3. Consultez le tableau de masse volumique pour en déduire la nature de ce métal
Les quatre métaux les plus couramment utilisés sur un chantier, pendant la construction d'un
bâtiment, sont le cuivre, le fer, le zinc, et l'aluminium. Afin de mieux connaître ces métaux, un
bureau d'étude dispose de quatre cylindres A, B, C et D de même volume (Figure 1).
Il dispose également d'un tableau de données donnant la masse des cylindres et la température de
fusion des métaux qui les constituent (Figure 2).
Les quatre cylindres (A, B, C, D) ont été mélangés.
1.1. Indiquer la nature du métal dont est constitué le cylindre C. Expliquer la
réponse.
1.2. On approche un aimant de chacun des cylindres. Seul le cylindre D est attiré par l'aimant.
Indiquer la nature du métal dont est constitué le cylindre D.
1.3. Sachant que la masse du cylindre B est plus petite que celle du cylindre A, et en utilisant les
données de la figure 2, compléter le tableau suivant.
Chapitre 2: Le courant électrique dans les métaux et les
électrons Remplir le texte à trous
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Dans un métal, le courant électrique est dû au déplacement ordonné des …………………
…………………. du métal.
A l’intérieur du métal, les électrons se déplacent de la borne …. du générateur vers la borne …. de ce
générateur
Le sens conventionnel du courant électrique est le sens ……………. du déplacement des électrons
Chapitre 3: La conductivité électrique des solutions aqueuses
On considère le circuit schématisé ci-dessous
La solution de sulfate de cuivre renferme des ions sulfate SO42-
et des ions cuivre Cu 2+
A/ Indiquer le sens conventionnel du courant sur les fils par une flèche bleue.
B/ Les fils sont en cuivre, métal constitué d’atomes de cuivre possédant un certain nombre d’électrons libres.
Indique sur les fils le sens de déplacement de ces électrons libres (qui créent le courant électrique)
par une flèche rouge.
C/ Les ions de la solution de sulfate de cuivre sont symbolisés par des ronds blancs ou noirs (voir légende).
Indique par des flèches le sens de déplacement de chacun de ces ions dans la solution lorsque le courant passe.
Chapitre 4: Les électrons et le noyau de l'atome
DE L’ANTIQUITÉ À NOS JOURS : COMMENT EST CONSTITUÉE LA MATIÈRE ?
Activité documentaire : lire le texte et répondre aux questions.
L’ATOME : UN MODÈLE POUR COMPRENDRE LA CHIMIE.
Dès 420 avant JC, Démocrite (philosophe grec) a l’intuition de l’existence des atomes et
invente leur nom (« atomos » en grec qui signifie insécable).
Aristote (philosophe grec) conteste cette existence et son prestige est tel qu’il faut attendre le début
du XIXème
siècle pour que cette idée reprenne vie.
En 1805, John Dalton annonce au monde l’existence des atomes.
En 1881, J. J.Thomson découvre l’un des composants de l’atome. Il s’agit de particules
élémentaires négatives appelées en 1891 électrons.
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Au début du XXème
siècle, l’ambition des physiciens est de proposer un modèle de l’atome en
précisant la répartition de la charge électrique à l’intérieur de celui-ci.
En 1904, Thomson partant de l’idée que l’atome est électriquement neutre, pense qu’il doit
contenir des charges positives qui doivent compenser les charges négatives des électrons. Il suppose
que la charge positive est répartie dans un petit volume (qui peut avoir la forme d’une sphère) et
qu’elle est parsemée d’électrons (pudding de Thomson).
En 1910 Rutherford bombarde différents échantillons de matière (cuivre, or, argent ) avec des
particules et il déduit de son expérience que la charge positive doit occuper un tout petit volume qu’il
appelle « noyau ». Après « un petit calcul » il trouve que la majorité de la masse de l’atome est
concentrée dans un noyau minuscule. Les dimensions du noyau sont de l’ordre de 10-15
m (100 000
fois moins que les dimensions de l’atome) et sa charge totale est un multiple entier de la charge de
l’électron ( au signe près ).
Rutherford pense alors au modèle planétaire pour décrire un atome. En effet la masse du système
solaire est essentiellement concentrée dans le Soleil tout comme celle de l’atome est concentrée dans
le noyau. Il propose donc comme modèle un tout petit noyau chargé positivement et comportant
l’essentiel de la masse de l’atome, autour duquel les électrons décrivent des orbites.
Depuis, d’autres modèles plus complexes ont permis d’expliquer de nombreux autres
phénomènes. Le modèle actuel de l’atome est l’aboutissement d’une longue histoire au cours de
laquelle les représentations qu’on s’en fait ont profondément évolué.
Nous retiendrons pour la classe de troisième un modèle simple constitué d’un noyau autour duquel
gravitent des électrons qui forment un nuage électronique.
Il est nécessaire d’élaborer un modèle pour pouvoir expliquer différents phénomènes et en
prévoir les conséquences. Celles-ci, soumises à l’expérience, permettent de valider le modèle, de
l’améliorer ou de le rejeter.
Cependant, il n’est pas toujours nécessaire d’utiliser le modèle le plus complexe pour expliquer
de façon simple un certain nombre d’observations. Il suffit de bien en connaître les limites.
Texte construit à partir de Sciences et Avenir de décembre 1994, Sciences et Vie Junior d’octobre 1998,
Electrons et Atomes (Thèmes Vuibert) et des documents d’accompagnement.
Questions
1/ En t’aidant du texte, indique, parmi les deux dessins, quel est le modèle de l’atome proposé par JJ Thomson
et celui proposé par Rutherford.
2/ A partir des indications de Rutherford, détermine un ordre de grandeur de l’atome.
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3/ On dit que la matière est constituée principalement de vide. Justifie cette affirmation à partir du texte.
4/ Quelle est la partie chargée positivement de l’atome ?
Quelles sont les particules de l’atome chargées négativement ?
Indiquez si les particules ci-dessous sont des atomes ou des ions.
Symboles chimiques atomes ions
Cu2+
Fe
F-
Mg
Cu
Al3+
C
L'ion magnésium Mg
2+ contient :
□ 2 électrons en trop □ 1 électron en trop □ est neutre □ 1 électron en moins
□ 2 électrons en moins
Complétez le tableau ci-dessous
Formule Nombre d’électrons Nombre de charges positives
Atome Al 13
Atome Cl 17
Ion Al 3+
Ion Cl -
Complétez le tableau ci-dessous (2 mots pour chaque phrase)
Ion magnésium Mg 2+
Un ion magnésium est un atome de magnésium ayant ……….. ……… électron (s)
Ion bromure Br - Un ion bromure est un atome de brome ayant ……….. ……… électron (s)
Ion sulfure S 2-
Un ion sulfure est un atome de soufre ayant ……….. ……… électron (s)
Un ion sodium est un atome de sodium (symbole Na) ayant perdu un électron. Quelle est la formule
de l’ion sodium ?
L’ion nitrate a pour formule NO3
- . (N atome d’azote, O atome d’oxygène)
a/A partir de combien d’atomes l’ion nitrate est-il constitué ?
b/Donnez le nom et le nombre de chaque type d’atomes constituant l’ion nitrate
c/ Quelle est sa charge électrique (signe et nombre de charges) ?
Répondez par vrai ou faux
Un atome est électriquement neutre
Un atome est constitué d’un noyau et d’électrons
Le noyau d’un atome contient de l’électricité négative
Les électrons sont des grains d’électricité négative
Tous les atomes possèdent le même noyau
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Ions présents dans les solutions utilisées :
Solution aqueuse
d’acide chlorhydrique (de
chlorure d’hydrogène)
Solution aqueuse
de chlorure de sodium
Solution aqueuse
d’hydroxyde de sodium
Formules
des ions
présents
H+ Cl
- Na
+ Cl
- Na
+ HO
-
Noms des
ions
....................
....................
....................
....................
....................
....................
1. Le guidon d’un vélo est essentiellement constitué de métal aluminium.
1.1. L'aluminium est conducteur du courant électrique. Justifier cette affirmation.
1.2. Comment peut-on interpréter la conduction du courant électrique dans l'aluminium ?
1.3. L'atome d'aluminium possède 13 électrons. Nommer l'autre constituant d'un atome.
1.4. Relier les éléments des deux colonnes par des traits signifiant: «est électriquement »
Un atome •
Un électron • • chargé
Un ion • • neutre
Une molécule •
1) Choisir La bonne réponse en barrant ce qui est faux
a) Fe2+
désigne : la molécule de fer / l'ion fer II / l'atome de fer
b) Le courant électrique dans un métal est
Un déplacement d'ensemble des électrons libres / un déplacement d'ensemble des ions.
c) Dans une solution conductrice se déplacent :
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Les électrons / les ions
d) Le diamètre d'un atome est au diamètre de son noyau.
Égal / très inférieur / très supérieur
e) La masse d'un atome se trouve concentrée
Dans le noyau / dans les électrons / à part égale dans le noyau et les électrons.
2) Le noyau de l'atome de fer Fe contient 26 particules chargées positivement
Combien l'atome de fer possède-t-il de particules chargées négativement (électrons) ?
Chapitre 5: Reconnaître les ions présents dans une solution
Pour tester la présence des ions Cl-, je verse ...
□ De la soude □de l'acide □de l'eau □du nitrate d'argent
On veut connaître les ions positifs et les ions négatifs existants dans une solution ionique .
Dans une partie de la solution, on verse un peu de nitrate d’argent. Il se forme un précipité blanc (qui noircit à
la lumière). Dans une autre partie de la solution, on verse un peu de soude (hydroxyde de sodium). Il
se forme un précipité bleu.
A/ Quels sont les deux types d’ions existant dans la solution ?
B/ Quel est le nom de la solution ionique ?
C/ Quelle est la formule chimique de la solution ionique ?
Chapitre 6: Les solutions acides et basiques
Composé ionique en solution : les solutions ioniques
Exemple : on dissout du carbonate de potassium dans de l’eau.
Quel est le solvant ? C’est l’eau.
Quel est le soluté ? C’est le carbonate de potassium, composé ionique solide renfermant des ions carbonate
CO3 2-
et des ions potassium K+
La solution est neutre électriquement : il y a autant de charges positives que de charges négatives.
Quelle est la proportion respective des deux ions ? Il y a deux ions potassium pour un ion carbonate
Quelles est la formule de la solution ionique ? (2K+ + CO3
2-)
Les ions peuvent se déplacer dans la solution d’où le signe plus entre les ions potassium et les ions carbonate
Remarque : on n'indique pas la nature du solvant (ici l’eau)
Ecrire les formules solutions ioniques suivantes.
Hydroxyde de sodium (soude) Sulfate de fer III
Chlorure de cuivre II Sulfate d’aluminium III
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2/Composé ionique solide
Exemple : le carbonate de potassium est un solide ionique. Comment trouver sa formule ?
Quels sont les ions qui le composent ? L’anion carbonate (CO32-
) et le cation potassium (K+)
Ce solide est neutre électriquement : il y a autant de charges positives que de charges négatives.
Quelle est la proportion respective des deux ions ? Il y a deux ions potassium pour un ion carbonate
Comment s’écrit la formule de ce composé solide ? (on ne fait pas apparaître les charges des ions mais on
indique leur proportion) K2CO3
Ecrire les formules des composés ioniques solides suivants.
Hydroxyde de sodium (soude) Sulfate de fer III
Chlorure de cuivre II Sulfate d’aluminium III
Hydroxyde de zinc Sulfate de fer II
On étudie l'action d'un décapant acide, utilisé sur un chantier, sur un morceau de fer :
2. Le cadre d’un vélo est essentiellement constitué de fer.
2.1. Comment peut-on distinguer simplement le métal aluminium du métal fer ?
2.2. Les gaz d'échappement rejetés par les automobiles en ville se dissolvent dans l'eau de pluie, ce
qui donne des pluies acides.
2.2.1. Indiquer une méthode de mesure du pH.
2.2.2. Choisir parmi les propositions ci-dessous celle(s) qui peut (peuvent) correspondre à la valeur
du pH de l'eau des pluies acides. Justifier la réponse.
9,4 5,2 7,1
Au dos d'un tube de blanc correcteur liquide sont présents les trois pictogrammes de danger ci-
dessous.
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(Le pictogramme 1 correspond à une croix noir sur un fond orange)
1 ) Que signifie le pictogramme 1 ? Irritant ou comburant
2) Que signifie le pictogramme 2 ? Toxique ou dangereux pour l'environnement
3) Que signifie le pictogramme 3 ? Corrosif ou facilement inflammable
4) Citer 2 choses à ne pas faire lors de l'usage de ce produit
5) Si on se tache les doigts avec le blanc correcteur, il est assez efficace de se laver les doigts avec du
savon de Marseille pour le faire partir.
Un test au papier pH fait avec du savon de Marseille indique la couleur "gris".
Quelle est la valeur du pH du savon de Marseille ?
Conclure sur le caractère acide, neutre ou basique du savon de Marseille. Quelle autre méthode plus
précise utilise-t-on pour connaître la valeur du pH d'un produit.
Le sérum physiologique est un produit médical utilisé pour le nettoyage des yeux des bébés. C'est
une solution aqueuse de chlorure de sodium NaCl conditionnée en petites dosettes.
1) Répondre aux questions suivantes en cochant la bonne réponse :
a) Au quotidien, qu'est-ce que le chlorure de sodium ?
O du sucre O du sel de cuisine O de l'aspirine
b) Dans l'eau, le chlorure de sodium NaCl se dissocie en « particules » Na+ et Cl
-.
Ces « particules » sont :
O des atomes O des ions O des molécules
c) Indiquer si cette solution conduit le courant électrique ? Justifier la réponse.
Sur l'étiquette du sérum physiologique, on peut lire 9 g/L.
2) Indiquer si cette concentration est une concentration massique ou une
concentration molaire.
3) a) Convertir : V = 5 mL =............. L
b) Calculer, en gramme, la masse m de NaCl contenu dans une dosette. On donne : C = m / V où C
est la concentration massique en g/L.
4) a) Donner, à partir des indications de l'étiquette du sérum, la valeur du pH de cette solution.
b) Indiquer si cette solution est acide, neutre ou basique. Justifier la réponse
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Chapitre 7: Réaction entre le fer et l'acide chlorhydrique
1ère
étape : rechercher quels sont les réactifs et quels sont les produits. Ecrire le bilan de la réaction.
2ème
étape : remplacer les noms des substances par leur formule chimique.
3ème
étape : vérifier qu’il y a bien conservation des atomes au cours de la réaction
Il faut que les espèces (atomes, ions, molécules) correspondant au même type d’atome mettent enjeu le même
nombre d’atomes de chaque côté.
Questions
A/ Quels sont les ions qui ne subissent pas de transformation lors de la réaction ?
B/ En quoi se transforment les ions H+ ?
C/ En quoi se transforment les atomes de fer ?
D/ Complétez les équations-bilan suivantes indiquant chacune de ces transformations où e- représente un
électron
2 H+
+ 2 e
- ………………..
Fe …………. +
2 e
-
Au cours de cette réaction, il y a donc échange d’électrons des atomes de fer aux ions hydrogène
En appliquant la méthode expliquée ci-dessus, écrire et équilibrer les équations-bilan correspondant aux
réactions chimiques décrites ci dessous.
1/ Le zinc réagit avec l’acide chlorhydrique. Il se forme du gaz dihydrogène et une solution de chlorure de
zinc
…………………+………………………….. ………………… + …………………….
2/ L’aluminium réagit avec l’acide chlorhydrique. Il se forme du gaz dihydrogène et une solution de chlorure
d’aluminium
…………………+………………………….. ………………… + …………………….
On plonge un clou en fer dans un tube à essais contenant du décapant. On observe un dégagement gazeux. On
présente alors une flamme à l'entrée du tube et une détonation se produit.
3.1. Donner le nom et la formule chimique du gaz mis en évidence.
3.2. Légender le schéma ci-dessous
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L'action des pluies acides sur le cadre du vélo peut être reproduite au laboratoire par le protocole
expérimental suivant :
« Verser quelques millilitres d'acide chlorhydrique dans un tube à essais contenant du fer en poudre.
On observe un dégagement gazeux. Il se forme du dihydrogène et des ions fer (II). »
1. Réaliser le schéma de cette expérience.
2. Donner la formule des ions fer (II).
3. Donner les noms des réactifs de cette transformation chimique.
4. Donner les noms des produits de cette transformation chimique.
5. Pourquoi dit-on qu'il s'agit d'une transformation chimique ?
Chapitre 8: Les piles électrochimique et l'énergie chimique
Un compteur kilométrique fonctionnant à l'aide d'une pile est installé sur le vélo. Identifier la
proposition correcte (en mettant une croix dans la case correspondante).
La pile permet de faire fonctionner le compteur car elle :
O convertit l'énergie électrique en énergie chimique
O convertit l'énergie thermique en énergie chimique
O convertit l'énergie chimique en énergie électrique
Chapitre 9: La synthèse d'espèces chimiques
Sur chaque ligne on propose une affirmation à compléter par une des réponses indiquées ensuite.
Pour chaque affirmation tu dois choisir une des réponses proposées en entourant la bonne case.
Tu peux également t'abstenir de répondre.
chaque affirmation admet une et une seule réponse exacte
une réponse exacte te fait gagner des points
une réponse fausse te fera perdre des points
si tu t'abstiens de répondre, tu ne gagnes pas de point mais tu n'en perds pas
AFFIRMATION Réponse 1 Réponse 2 Réponse 3 Réponse 4
On réalise une
réaction d'oxydation
du magnésium. Le
produit formé lors de
la réaction sera :
du magnésium
fondu
un oxyde de
magnésium
du dioxygène
du magnésium à
l'état solide
Le symbole de l'atome
de zinc est
ZN
Zn
Z
Zi
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Le symbole de l'atome
d'aluminium est :
A
AL
Al
al
On représente une
molécule de
dioxygène par la
formule :
O
O2
O3
2O
Dans l'écriture 3 H2O : 2 désigne le
nombre d'atomes
d'oxygène dans
une molécule d'eau
2 désigne le
nombre de
molécules d'eau
2 désigne le nombre
d'atomes
d'hydrogène dans
une molécule d'eau
3 désigne le nombre
d'atomes
d'hydrogène dans
une molécule d'eau
A la fin d'une réaction
chimique :
on retrouve les
mêmes types
d'atomes qu'avant
et en même
nombre
on a le même
nombre de
molécules qu'avant
on retrouve les
mêmes molécules
qu'avant
on a plus d'atomes
qu'avant
On représente la
réaction chimique
entre le fer et le
dioxygène par
l'équation-bilan
suivante :
4 Fe + 3 O2 2
Fe3O4
L'écriture 3 O2
représente :
une molécule
formée de 6
atomes d'oxygène
3 atomes de
dioxygène
3 atomes d'oxygène
3 molécules de
dioxygène
L'oxydation du cuivre
produit de l'oxyde de
cuivre Cu2O.
L'équation-bilan
correcte de cette
réaction est :
2 Cu + O Cu2O
Cu + O2 CuO2
2 Cu + O2 Cu2O
4 Cu + O2 2 Cu2O
Si on considère la
réaction d'oxydation
du fer conduisant à la
formation d'oxyde de
fer Fe3O4, le(s)
réactif(s) est (sont) :
Fe3O4
O2 et Fe3O4
Fe et O2
Fe
Dans l'écriture 2
Fe3O4, le nombre total
d'atomes d'oxygène
est :
2
3
4
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Dans le sac des élèves, on trouve des règles en différents matériaux : en PVC, en plexiglas ou en
aluminium.
1) Classer ces matériaux suivant leur catégorie :
- matériau(x) organique(s) :...................................................................
- matériau(x) métallique(s) :..................................................................
2) Citer une propriété des matériaux métalliques.
3) L'aluminium exposé à l'air se recouvre d'une couche d'oxyde d'aluminium (ou alumine), La
formule chimique de l'oxyde d'aluminium est AI2O3
a) Donner le nom, le nombre el le symbole des atomes contenus dans l'oxyde d'aluminium.
b) Équilibrer l'équation bilan suivante :
Al + 02 ————> AI2O3
c) Donner le nom et la formule des réactifs et du produit de cette réaction
4) Pourquoi est-ce dangereux de brûler du PVC ?
