Exercices: Indices d'une réaction chimique

Vous mélangez une cuillère de bicarbonate avec du vinaigre dans un verre et, aussitôt, il se remplit de bulles avec une effervescence intense. Quel indice de réaction chimique observez-vous ? Qu'est-ce qui se forme ?

La pâte à pizza contient de la levure et, après avoir reposé un moment, elle double de volume et se remplit de petits trous. Quel indice de transformation chimique fait gonfler la pâte ? Que arrive-t-il aux ingrédients du mélange ?

Vous coupez un avocat pour faire du guacamole et, si on tarde à le manger, sa surface devient marron. Quel indice de réaction chimique est-ce ? Pensez-vous que seule la couleur a changé ou que de nouvelles espèces chimiques se sont aussi formées ?

Vous allumez la bougie d'un gâteau d'anniversaire : tant qu'elle brûle, elle donne de la lumière et chauffe l'air qui l'entoure. Indiquer les deux indices de réaction chimique que produit la bougie allumée.

Au laboratoire, vous mélangez deux liquides transparents et incolores et, soudain, un solide jaune apparaît et tombe au fond du tube à essai, comme le montre la figure.

Comment appelle-t-on ce solide qui se forme ? Pourquoi son apparition indique-t-elle qu'une réaction chimique a eu lieu ?

Un basketteur se tord la cheville et le kinésithérapeute active une poche de froid instantané en la frappant : sans réfrigérateur ni glace, la poche devient glacée en quelques secondes. Quel changement observable indique qu'un processus endothermique se produit dans la poche ?

Compléter la phrase avec les cinq grands signes qui révèlent une réaction chimique : « Dégagement de $\dots$, formation d'un $\dots$ qui tombe au fond, changement de $\dots$, variation de la $\dots$ et émission de $\dots$ ».

Le miroir de la salle de bains s'embue chaque fois que vous prenez une douche chaude. Est-ce un indice de réaction chimique ? Expliquer ce qui arrive en réalité à la vapeur d'eau.

Lors d'un concert, vous pliez un bracelet lumineux, on entend un « clic » et il se met à briller d'une lumière verte, sans pile ni prise.

1. a) Quel indice de réaction chimique le bracelet fournit-il ?
2. b) Une ampoule donne aussi de la lumière et ce n'est pas une réaction chimique : quelle est la différence entre les deux cas ?

Un déboucheur en granulés, versé avec de l'eau dans l'évier, forme beaucoup de mousse et, de plus, la canalisation chauffe au toucher. Indiquer les deux indices de réaction chimique que montre le produit et expliquer ce qu'indique chacun d'eux.

Un agriculteur analyse l'eau d'arrosage de son potager : il ajoute quelques gouttes d'un réactif à un échantillon et, si une poudre blanche apparaît au fond du tube, il sait que l'eau contient une certaine espèce en excès.

1. a) Quel indice de réaction chimique ce test exploite-t-il ?
2. b) Pourquoi l'apparition de cette poudre démontre-t-elle qu'une nouvelle espèce chimique s'est formée ?

Pour la sortie ski, vous emportez des sachets chauffe-mains qui commencent à chauffer dès que vous ouvrez leur emballage plastique, sans feu ni batterie.

1. a) Quel indice de réaction chimique montrent-ils ?
2. b) Justifier pourquoi ils ne peuvent pas simplement « conserver la chaleur » depuis l'usine.

Le jus de chou rouge devient rosé si vous y ajoutez quelques gouttes de citron et verdâtre si vous y ajoutez une solution de savon, comme le montre la figure.

1. a) Quel indice chimique ce tour de cuisine exploite-t-il ?
2. b) À quoi peut servir au laboratoire un jus qui se comporte ainsi ?

Une tache de tomate sur le tee-shirt blanc de Daniela disparaît quand on applique de l'eau de Javel, mais la zone traitée ne retrouve jamais son état antérieur, même si on la lave ensuite.

1. a) Quel indice de réaction chimique s'est produit dans le tissu ?
2. b) Expliquer pourquoi enlever la tache avec de l'eau de Javel n'est pas la même chose que la frotter seulement avec de l'eau.

Au laboratoire, vous mélangez deux liquides qui étaient chacun à $20\ \celsius$ et le thermomètre du mélange monte jusqu'à $35\ \celsius$ sans approcher de bec Bunsen ni de plaque chauffante, comme le montre la figure.

1. a) Quel indice de réaction chimique le thermomètre détecte-t-il ?
2. b) D'où vient cette chaleur si personne n'a chauffé le mélange ?

Lors de la friture, l'huile crépite parce que l'eau des aliments s'évapore d'un coup ; mais si vous la laissez trop longtemps sur le feu, elle se met à fumer, à sentir mauvais et à noircir.

1. a) Quel signe du processus correspond à une simple transformation physique ?
2. b) Quels signes révèlent que l'huile subit une réaction chimique ? Justifier les deux réponses.

L'eau oxygénée de la pharmacie familiale fait de nombreuses bulles quand on la verse sur une plaie, mais reste calme dans le flacon fermé.

1. a) Quel indice de réaction chimique montre-t-elle au contact de la peau ?
2. b) Que pensez-vous que la plaie apporte pour que la réaction se déclenche à ce moment-là ?
3. c) Si le flacon était laissé ouvert pendant des années, il finirait par contenir de l'eau ordinaire : expliquer ce qui est arrivé à l'espèce chimique d'origine et pourquoi cela confirme qu'il s'agissait d'une réaction chimique.

Aucun indice, à lui seul, ne garantit qu'une réaction chimique a eu lieu. Donner un contre-exemple physique (un phénomène quotidien qui montre le même signe sans être chimique) pour chacun de ces quatre signes :

1. a) Un gaz se dégage.
2. b) Un solide apparaît là où il n'y en avait pas.
3. c) La couleur change.
4. d) La température change.

Terminer en expliquant ce qu'il faudrait toujours vérifier, en plus du signe, pour s'assurer qu'il y a réaction chimique.

On place une casserole en acier fraîchement lavée et bien sèche sur la flamme bleue de la cuisinière à gaz : sur son fond apparaissent aussitôt de petites gouttes d'eau qui, quand la casserole chauffe, disparaissent de nouveau. Le montage est représenté sur la figure :

1. a) D'où vient cette eau si la casserole était complètement sèche ?
2. b) Pourquoi ces gouttelettes sont-elles un indice que la combustion du gaz produit de nouvelles espèces chimiques ?
3. c) Pourquoi disparaissent-elles ensuite ? Classer ce dernier processus en physique ou chimique.

Dans le jardin, le tas de compost est chaud à l'intérieur même par une froide journée d'hiver et, le matin, il semble « fumer ».

1. a) Quel indice chimique explique cette chaleur si personne ne chauffe le tas ?
2. b) La « fumée » est en réalité de la vapeur d'eau qui se condense au contact de l'air froid : est-ce un indice de réaction chimique ? Justifier la différence entre les deux signes que donne le compost.

Les rations d'urgence de haute montagne se réchauffent toutes seules quand on verse de l'eau dans un sachet double : le repas passe d'environ $15\ \celsius$ à environ $60\ \celsius$ en dix minutes, sans feu ni électricité.

1. a) Quel indice de réaction chimique agit à l'intérieur du sachet ?
2. b) Pourquoi est-il impossible qu'il s'agisse d'eau chaude « cachée » dans l'emballage ?
3. c) Au bout d'un moment, le sachet cesse de chauffer alors qu'il reste de l'eau à l'intérieur : justifier ce qui s'est épuisé.

Les allumettes tempête s'allument même par grand vent. En en frottant une, on observe plusieurs signes : flamme à la lumière intense, chaleur, forte odeur, fumée grisâtre et crépitement.

1. a) Dresser la liste des signes qui sont bien des indices de réaction chimique et justifier chaque choix.
2. b) Lesquels accompagnent le phénomène mais, à eux seuls, ne prouvent pas que de nouvelles espèces chimiques se sont formées ? Justifier la réponse.

Au fond de la bouilloire électrique apparaît, avec l'usage, une croûte blanche et dure. Votre frère affirme : « Un solide s'est formé là où il n'y en avait pas, donc c'est un précipité issu d'une réaction chimique ».

1. a) Lui expliquer pourquoi son raisonnement n'est pas valable : l'apparition d'un solide ne démontre pas à elle seule une réaction (un solide apparaît aussi quand le sel cristallise lorsque l'eau de mer s'évapore). Indiquer ensuite ce qui se passe réellement : l'eau du robinet contient de l'hydrogénocarbonate de calcium dissous, $\mathrm{Ca(HCO_3)_2}$, qui se décompose sous l'effet de la chaleur en carbonate de calcium (la croûte), eau et dioxyde de carbone. S'agit-il alors d'une transformation physique ou chimique ?
2. b) Quelle différence fondamentale y a-t-il entre cette croûte et le précipité qui se forme en mélangeant deux liquides au laboratoire ?

Lors d'un barbecue, le charbon brûle en laissant des braises qui éclairent et chauffent, une fumée à l'odeur caractéristique se dégage et, à la fin, il ne reste que des cendres grises très légères ; pendant ce temps, l'eau d'un verre oublié près du gril s'évapore sous l'effet de la chaleur.

1. a) Classer tous les signes du processus dans deux listes : transformations physiques et indices de réaction chimique.
2. b) Justifier pourquoi les cendres sont un indice que de nouvelles espèces chimiques se sont formées dans le charbon.

Défi du thème. Devenez chercheur scientifique dans votre cuisine et analysez la frontière entre transformations physiques et chimiques à travers deux transformations quotidiennes : la dissolution du sel de cuisine dans l'eau et la réaction entre le vinaigre et le bicarbonate de sodium.

1. Expérimentation : Dans quatre verres contenant chacun $50\text{ mL}$ de vinaigre, ajouter respectivement $1\text{ g}$, $2\text{ g}$, $3\text{ g}$ et $4\text{ g}$ de bicarbonate de sodium (mesurés avec une balance de cuisine, d'incertitude $\pm 0,1\text{ g}$). Répéter un essai en dissolvant $2\text{ g}$ de sel dans $50\text{ mL}$ d'eau.

2. Prise de mesures : Chronométrer avec le portable la durée de l'effervescence dans chaque cas ($t \pm 0,5\text{ s}$) et mesurer la température initiale et finale du liquide avec un thermomètre de cuisine ($T \pm 0,5\text{ }^\circ\text{C}$).

3. Traitement des données : Élaborer un tableau avec vos valeurs et leurs incertitudes et représenter le graphique de la durée d'effervescence en fonction de la masse de bicarbonate.

4. Compte rendu final : Rédiger un bref compte rendu dans lequel vous classez de façon justifiée les deux processus, en identifiant les indices expérimentaux observés (variation de température, dégagement de gaz).

Seront évalués :

• L'identification et l'argumentation correcte des indices de transformation chimique par rapport à la transformation physique.

• La rigueur dans l'enregistrement des données, la prise en compte des incertitudes et l'élaboration du tableau et du graphique.

• La qualité de l'analyse, la clarté de l'exposé et les conclusions du compte rendu scientifique.