ÉVALUATION — La transformation chimique

Réactifs et produits | Équation-bilan | Réactif limitant | Barème sur 20 points

Nom : _______________________ Prénom : ____________________ Classe : ________ Note : _____ / 20

Consignes : Toute réponse doit être justifiée, sauf mention contraire. Soigner la présentation et les calculs.

Exercice 1 – Vocabulaire et concepts de base 6 points

Document – La rouille du fer

Lorsqu'on laisse un clou en fer à l'air humide, on observe l'apparition d'une couche rouge-orangée : la rouille. Cette rouille est de l'oxyde de fer(III), de formule Fe₂O₃. Le fer et le dioxygène de l'air sont consommés au cours de cette transformation. Les molécules de diazote (N₂) présentes dans l'air ne participent pas à la réaction.

1. Comment sait-on qu'une transformation chimique a eu lieu ici ? Cite deux observations. (1 pt)

2. Identifie les réactifs et les produits de cette transformation. (1 pt)

Réactifs :

Produits :

3. Quelle est la nature des molécules de diazote N₂ dans cette transformation ? Justifie. (1 pt)

4. L'équation-bilan non ajustée de cette réaction est : Fe + O₂ → Fe₂O₃
Ajuste cette équation-bilan en détaillant ta démarche. (2 pts)

5. On chauffe légèrement le clou en fer pour accélérer la réaction, et la température du milieu augmente. La transformation est-elle exothermique ou endothermique ? Justifie. (1 pt)

Exercice 2 – Ajustement d'équations-bilan 4 points

Ajuste les équations-bilan suivantes. Montre le comptage des atomes pour au moins une des équations.

1. Combustion complète du propane : C₃H₈ + O₂ → CO₂ + H₂O (1 pt)

2. Synthèse de l'eau : H₂ + O₂ → H₂O (1 pt)

3. Action de l'acide chlorhydrique sur le zinc : Zn + H⁺ → Zn²⁺ + H₂ (1 pt)

4. Combustion du carbone : C + O₂ → CO₂ (1 pt)

Celle-là est un cadeau. Dis pourquoi elle est déjà ajustée.

Exercice 3 – Réactif limitant 10 points

Situation – Synthèse de l'ammoniac

L'ammoniac (NH₃) est fabriqué industriellement par la réaction entre le diazote (N₂) et le dihydrogène (H₂). L'équation ajustée de la réaction est :

N₂ + 3 H₂ → 2 NH₃

Dans une expérience, un chimiste introduit dans un réacteur :

n(N₂) = 4,0 mol de diazote
n(H₂) = 9,0 mol de dihydrogène

1. Quel est le rôle de N₂ et H₂ dans cette réaction ? Et de NH₃ ? (1 pt)

2. Rappelle la méthode pour déterminer le réactif limitant (en une ou deux phrases). (1 pt)

3. Calcule le rapport n / coefficient stœchiométrique pour chaque réactif. Présente les calculs dans le tableau ci-dessous. (2 pts)

Réactif	Quantité initiale n (mol)	Coefficient stœchio.	Rapport n / coeff.
N₂	4,0	1
H₂	9,0	3

4. En déduire le réactif limitant. Justifie. (1 pt)

5. Quel réactif est en excès ? Que peut-on dire de sa quantité de matière à l'état final ? (1 pt)

6. Calcule la quantité de matière de NH₃ produite à l'état final. (Utilise les proportions stœchiométriques par rapport au réactif limitant.) (2 pts)

7. Calcule la quantité de matière du réactif en excès restante à l'état final. (2 pts)

Total : _______ / 20

CORRIGÉ — La transformation chimique

Document réservé à l'enseignant | Barème sur 20 points

Exercice 1 – Vocabulaire et concepts 6 points

Question 1 – Observations (1 pt)

Deux observations valables parmi : apparition d'une couche rouge-orangée (changement de couleur) ; transformation visible d'une substance en une autre ; modification du clou en fer.
0,5 pt par observation pertinente.

Question 2 – Réactifs et produits (1 pt)

Réactifs : fer (Fe) et dioxygène (O₂).
Produit : oxyde de fer(III), Fe₂O₃.

0,5 pt si les deux réactifs sont identifiés ; 0,5 pt pour le produit.

Question 3 – Espèce spectatrice (1 pt)

Le diazote N₂ est une espèce spectatrice : il est présent dans le milieu mais sa quantité de matière ne change pas au cours de la réaction. Il n'apparaît donc pas dans l'équation-bilan.

0,5 pt pour le terme correct, 0,5 pt pour la justification.

Question 4 – Ajustement de Fe + O₂ → Fe₂O₃ (2 pts)

Avant ajustement : Fe + O₂ → Fe₂O₃

Comptage :
— Fe : 1 gauche / 2 droite → mettre 2 devant Fe : 2 Fe
— O : 2 gauche / 3 droite → LCM(2,3)=6 → mettre 3 devant O₂ et 2 devant Fe₂O₃ :
4 Fe + 3 O₂ → 2 Fe₂O₃

Vérification : Fe : 4 = 4 ✓ ; O : 6 = 6 ✓

4 Fe + 3 O₂ → 2 Fe₂O₃

1 pt pour l'équation ajustée, 1 pt pour la démarche détaillée.

Question 5 – Exo ou endothermique ? (1 pt)

La température du milieu augmente → la réaction libère de la chaleur → elle est exothermique.
(Le chauffage initial est une amorce, pas un signe d'endothermicité.)

0,5 pt pour la réponse correcte, 0,5 pt pour la justification.

Exercice 2 – Ajustement d'équations 4 points

1. Combustion du propane (1 pt)

C : 3 à gauche, 1 × CO₂ à droite → 3 CO₂
H : 8 à gauche → 4 H₂O
O : 2a + 0 = 6 + 4 → 5 O₂

C₃H₈ + 5 O₂ → 3 CO₂ + 4 H₂O

2. Synthèse de l'eau (1 pt)

H : 2 gauche, 2 droite mais besoin de 2 H₂O → 2 H₂ + O₂ → 2 H₂O ✓

2 H₂ + O₂ → 2 H₂O

3. Action de HCl sur le zinc (1 pt)

Charges : Zn est neutre → Zn²⁺ perd 2 charges → 2 H⁺ doivent être consommés → 2 H → 1 H₂

Zn + 2 H⁺ → Zn²⁺ + H₂

4. Combustion du carbone (1 pt)

C + O₂ → CO₂ est déjà ajustée : 1 C de chaque côté, 2 O de chaque côté. Les nombres stœchiométriques sont tous égaux à 1, l'équation est équilibrée sans modification.

0,5 pt pour la réponse, 0,5 pt pour l'explication.

Exercice 3 – Réactif limitant 10 points

Question 1 – Rôles (1 pt)

N₂ et H₂ sont les réactifs (ils disparaissent). NH₃ est le produit (il apparaît).

Question 2 – Méthode (1 pt)

Pour chaque réactif, on calcule le rapport quantité de matière / coefficient stœchiométrique. Le réactif limitant est celui dont ce rapport est le plus petit.

Question 3 – Calcul des rapports (2 pts)

Réactif	n (mol)	Coeff.	n / coeff.
N₂	4,0	1	4,0 / 1 = 4,0
H₂	9,0	3	9,0 / 3 = 3,0

1 pt par rapport calculé correctement.

Question 4 – Réactif limitant (1 pt)

Le plus petit rapport est 3,0, correspondant à H₂.
→ H₂ est le réactif limitant.

Question 5 – Réactif en excès (1 pt)

N₂ est le réactif en excès. Sa quantité de matière à l'état final est non nulle : il en reste encore dans le réacteur à la fin.

Question 6 – Quantité de NH₃ produite (2 pts)

La réaction s'arrête quand H₂ (réactif limitant) est totalement consommé : n(H₂) consommé = 9,0 mol.
L'équation donne les proportions : 3 mol de H₂ produisent 2 mol de NH₃.
Donc : n(NH₃) = (2/3) × n(H₂) = (2/3) × 9,0 = 6,0 mol

n(NH₃) = 6,0 mol

1 pt pour la relation de proportionnalité, 1 pt pour le calcul.

Question 7 – Quantité de N₂ restante (2 pts)

Quantité de N₂ consommée : l'équation donne 1 mol de N₂ pour 3 mol de H₂.
n(N₂) consommé = (1/3) × 9,0 = 3,0 mol
Quantité restante = 4,0 − 3,0 = 1,0 mol

n(N₂) restant = 1,0 mol

1 pt pour le calcul de N₂ consommé, 1 pt pour la soustraction.

TOTAL CORRIGÉ : 20 / 20