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La sécurité routière

Notions et contenus Connaissances et capacités exigibles 
Activités expérimentales support de la formation 

Comment une transformation chimique permet-elle de gonfler un airbag /coussin gonflable ?

Bilan de matière
Volume molaire Vm .
Mettre en œuvre un protocole de mesure d’un volume de gaz produit lors d’une transformation chimique.
Faire un bilan de matière à partir d’une équation de réaction fournie. Utiliser la relation V = n × Vm .
S’approprier et analyser des informations pour expliquer le fonctionnement d’un airbag. 

 Comment la présence d’alcool et de substances illicites dans l’organisme est-elle détectée ?

Principe de l’alcootest.
 Écrire l’équation de la réaction d’oxydoréduction intervenant dans un alcootest à partir des demi-équations d’oxydoréduction fournies.
Mettre en œuvre un protocole illustrant le principe de l’alcootest.
S’approprier et analyser des informations relatives à la détection d’une substance illicite.

I - Comment une transformation chimique permet-elle de gonfler un airbag /coussin gonflable ?

Objectif :

            Comparer le résultat d’une expérience avec un résultat théorique.

            Dans cette activité, vous allez déterminer le volume d’un gaz formé lors d’une réaction chimique.

            Des résultats d’expériences vous seront présentés et devront être analysés.

Rappels

outils

Odoo - Echantillon n°1 pour trois colonnes



Odoo- Echantillon n° 3 pour trois colonnes


1 - Activité expérimentale : Comment déterminer le volume d'un gaz produit lors d'une transformation chimique ? 

Odoo image et bloc de texte

Produire du gaz expérimentalement

Ci-contre on a le schéma : comment recueillir un gaz par déplacement d'eau


Le principe est de recueillir un gaz par déplacement d'eau.
La boisson pétillante est versée dans un ballon qui est placé dans un chauffe-ballon. On chauffe légèrement la boisson (sans provoquer l'ébullition) afin de favoriser le dégagement du gaz : l'élévation de température diminue la solubilité des gaz.

Le protocole du document 3 est réalisé suivant la vidéo ci-contre :







Après avoir visualiser la vidéo répondre aux questions de la page 14 de votre livre.


 
 

Voici une expérience permettant de déterminer le volume de gaz formé :

À l’aide d’une burette, on introduit un excès d’acide chlorhydrique dans un erlenmeyer contenant une masse de m = 84 mg d’hydrogénocarbonate de sodium (montage A). Il se forme un gaz qui s’échappe grâce au tube de dégagement dans une éprouvette contenant de l’eau distillée (Montage B).

Le gaz va remplacer l’eau contenue dans l’éprouvette et on pourra ainsi déterminer le volume de gaz formé.

Équation bilan de l’expérience: (H+ + Cl- ) (aq) + NaHCO3 (s) → H2O(l) + CO2 (g)+ Na+ (aq) + Cl- (aq)

Voici la photo de l’expérience:

 
 
Texte Odoo et bloc d'image


Question 1 : Associer à chaque numéro, le nom de la verrerie en vous servant du descriptif.


Cristallisoir 

Burette


Potence 

Éprouvette 


Erlenmeyer

Tube à dégagement



Question 2 : Cocher les bonnes réponses



Réactifs 
Produits 
Dioxyde de carbone  


Hydrogénocarbonate de sodium 


Acide chlorhydrique 


Eau


Question 3 : Cocher les bonnes réponses



Gaz 
Liquide 
Solide
Dioxyde de carbone 



Hydrogénocarbonate de sodium



Acide chlorhydrique 



Eau


 II. Détermination de la quantité de matière de gaz formé théorique

On peut prévoir théoriquement la quantité de matière de gaz qui va se former en utilisant l’équation de la réaction.

On détermine dans un premier temps la quantité de matière (n) d’hydrogénocarbonate de sodium introduit car c’est le réactif en défaut donc limitant et il va être totalement consommé.

Masse molaire moléculaire: C’est la somme des masses molaires atomiques des atomes constituants une molécule ou un ion.

Ex : l’eau H20

M(H20) = 2 x M (H) + 1 x M (O) = 2x1+1x16 = 18 g.mol-1

 M (C) = 12 g.mol-1 ; M (O) = 16 g.mol-1 ; M (H) = 1 g.mol-1 ; M (Na) = 23 g.mol-1  ; M(N) = 14 g.mol-1

La quantité de matière n : s’exprime en mole (unité mol) et se calcule par la relation : n = m / M

Question 4 : La masse molaire moléculaire de l’hydrogénocarbonate de sodium vaut :

        M = 84 g.mol-1

        M = 61 g.mol-1

Question 5 : Retrouver la valeur la quantité de matière d’hydrogénocarbonate de sodium (HCO3Na). La masse vaut 84 mg d’hydrogénocarbonate de sodium.
        n = 0,001 mol
        n = 0,85 mol
        n = 0,01 g

L’équation bilan nous montre qu’une mole d’hydrogénocarbonate de sodium donne une mole de dioxyde de carbone:

(H+ (aq) + Cl- (aq) )+ 1NaHCO3 (s) → H2O(l) + 1CO2 (g)+ Na+ (aq)+ Cl- (aq)

On peut donc en déduire que n(CO2) = n(NaHCO3)

Question 6 : Retrouver la valeur la quantité de matière de dioxyde de carbone.

On constate qu’……….mol d’hydrogénocarbonate de sodium réagit pour donner une mole de ……………. (CO2).

        n = 0,001 mol

        n = 1 mol

        n = 44 mol

Détermination du volume de gaz
Volume molaire Vm
C’est le volume occupé par une mole de gaz, dans des conditions données, il est indépendant de la nature du gaz. Le volume molaire est le rapport du volume de gaz par le nombre de mole qu’il contient. On le note Vm et s’exprime en L.mol–1.

Les gaz ont une propriété particulière : dans les mêmes conditions de pression et de températures, une quantité de matière n de gaz occupe le même volume V quelque soit le gaz. Le volume occupé par une mole de gaz, noté Vm, est appelé volume molaire. Son unité est le L.mol–1.

Odoo CMS - une grande photo


Résumé

La réaction chimique entre l'acide chlorhydrique et le magnésium produit un gaz qu'on peut recueillir par déplacement d'eau.

Il s'agit d'une réaction d'oxydoréduction mettant en jeu les 2 couples Mg2+/Mg et H+/H2 

les 2 réactifs : le magnésium solide Mg qui est le réducteur et les ions H+ oxydant réagissent pour donner l'ion Mg 2+ et le gaz H2. Il y a transfert de 2 électrons de Mg(s) vers H+(aq)


Le volume du gaz recueilli V est donné par la formule V = n x Vm

Les coefficients stoechiométriques pour le magnésium utilisé et le gaz obtenu sont les mêmes donc on a la même quantité de matière n 

selon l'outil 1 on peut calculer aisément n = m/M puis V.


L’airbag ou coussin est un accessoire de sécurité passive développé pour l’automobile à la fin des années 1980 et qui équipe maintenant toutes les automobiles. C’est grâce à une réaction chimique se produisant dans un générateur de gaz relié au coussin gonflable que se réalise le déploiement de l’airbag.
Ce générateur de gaz contient des pastilles blanches constituées d’azoture de sodium, espèce chimique de formule NaN3(s) qui se décompose très rapidement et libère ainsi une quantité suffisante de gaz pour déployer l’airbag en cas de choc.
La durée entre le choc et le gonflage du ballon n’est que de 40 millisecondes, d’où l’intérêt de ce mécanisme.
L’équation de la réaction chimique est la suivante: 2 NaN3(s) → 2 Na(s) + 3 N2(g)

Question 7 : Pour chaque proposition ci-dessous, cocher VRAI ou FAUX

VRAI 
FAUX
Le gaz qui se forme est le diazote


Le gaz qui se forme est l’azoture de sodium


Le gaz qui se forme est le sodium


Que retenir de cette activité ?

La quantité de gaz produite lors d’une réaction chimique peut être mesurée expérimentalement. On la détermine par lecture du volume au niveau de l’éprouvette dans ce cas.
Le volume peut être déterminé théoriquement en utilisant la définition du volume molaire. Il faut utiliser les coefficients stœchiométriques de l’équation bilan de la réaction pour déterminer la quantité de matière du gaz. Ces coefficients expriment le nombre de moles intervenant et rendent compte de la proportionnalité entre les réactifs qui disparaissent et entre les produits formés selon la loi de Lavoisier :
        « rien ne se perd, rien ne se crée, tout se transforme »   

Activité documentaire : Pourquoi un airbag se gonfle-t'il rapidement en cas de choc

Après lecture des différents documents de la page 15 on répondra aux questions
Résumé 
Le principe de l'airbag est de gonfler très rapidement pour protéger les passagers en cas de choc. 
Le choc entraine le déclenchement d'une suite de réaction chimique explosive dont l'un des produits est le gaz servant à gonfler l'airbag.

Par suite il faut éliminer tous les autres éléments dangereux produits intervenant dans le processus


A retenir

Masse molaire moléculaire :

C’est la somme des masses molaires atomiques des atomes constituants une molécule ou un ion.

Ex : l’eau H2O         M(H20) = 2 x M (H) + 1 x M (O) = 2x1+1x16 = 18 g.mol-1

M (C) = 12 g.mol-1 ; M (O) = 16 g.mol-1; M (H) = 1 g.mol-1 ; M (Na) = 23 g.mol-1 ; M(N) =14 g.mol-1 

La quantité de matière n :

s’exprime en mol et se calcule par la relation suivante ; n = m / M sachant que m(g) est la masse quelconque d’un composé prélevé à l’aide d’une balance.

— L’équation bilan nous montre qu’une mole d’hydrogénocarbonate de sodium donne une mole de dioxyde de carbone :

                    (H+ (aq) + Cl- (aq))+ 1 NaHCO3 (s) → H2O(l) + 1 CO2 (g)+ Na+ (aq)+ Cl- (aq)

On peut donc en déduire que n(CO2) = n(NaHCO3)

Volume molaire :

C’est le volume occupé par une mole de gaz, dans des conditions données de température et de pression, il est indépendant de la nature du gaz. Le volume molaire est le rapport du volume de gaz par le nombre de mole qu’il contient. On le note Vm et s’exprime en L.mol-1

                V=Vm x n

Dans les mêmes conditions de température et de pression tous les gaz ont le même volume molaire.

Vm= 22,4 L.mol-1 à T= 0°C , P= 1,013 x 105 Pa dites conditions normales de température et de pression ou CNTP.

Vm= 24 L.mol-1 à T= 25°C , P= 1,013 x 105 Pa dites conditions standards de température et de pression ou CSTP.

— Les réactions d’oxydo-réduction échangent des électrons entre espèces chimiques :

Un oxydant est une espèce chimique capable de capter un ou plusieurs électrons.

Un réducteur est une espèce chimique capable de céder un ou plusieurs électrons.

Un oxydant et un réducteur forment un couple Oxydant/Réducteur, noté Ox/Red Ils sont liés par la demi-équation électronique :

                            Ox + n e- = Red

        • Dans le sens : Ox + n e- → Red C’est une réduction (gain d’électrons)

        • Dans le sens : Red → n e- + Ox C’est une oxydation (perte d’électrons)

Méthode de compréhension d’écriture des demi-équations :

            • Ecrire le couple : Ox + n e- = Red

            • Equilibrer les atomes autres que l’oxygène et l’hydrogène

            • Equilibrer les oxygènes avec de l’eau (H2O)

            • Equilibrer les hydrogènes avec des protons (H+ )

            • Equilibrer les charges en ajoutant des électrons (e- ) du côté de l’oxydant

Exemples :

            Fe3+ / Fe2+ : Fe3+ + 1 e- = Fe2+

            ClO- / Cl2 : 2ClO- + 4H+ + 4 e- = Cl2 + 2 H2O

Méthode d’écriture de l’équation bilan, exigible :

            • Repérer dans chaque couple, quel oxydant réagit avec quel réducteur (bien lire l’énoncé)

            • Ecrire les demi-équations de chaque couple dans le bon sens (Réactifs à gauche, Produits à droite)

            • Equilibrer les deux demi-équations en faisant attention à ce que le nombre d’électrons échangés soit le même dans les deux demi-équations de réaction

            • Additionner les deux demi-équations afin d’obtenir l’équation bilan (il ne doit pas rester d’électrons)

Odoo CMS - une grande photo
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