Activités d'Investigation
Métaux en métallerie, composition de l'air comprimé et combustion du gaz en chauffage.
Choix des Métaux & Modèle Atomique
Situation Professionnelle
Un carrossier doit remplacer un capot. Il hésite entre une pièce en acier (composé principalement d'atomes de fer $\text{Fe}$, numéro atomique $Z=26$) et une pièce en aluminium ($\text{Al}$, numéro atomique $Z=13$) pour réduire la masse du véhicule.
Travail à réaliser
1. Composition de l'atome de Fer (Compétence S'approprier) : Indiquer le nombre de protons et d'électrons d'un atome neutre de fer ($Z=26$).
2. Composition de l'atome d'Aluminium (Compétence S'approprier) : Indiquer le nombre de protons et d'électrons d'un atome neutre d'aluminium ($Z=13$).
3. Interprétation Physique de la Masse (Compétence Analyser) : Sachant que la masse d'un atome est concentrée dans son noyau (protons + neutrons), expliquer pourquoi l'aluminium est un métal nettement plus léger que l'acier.
Voir le corrigé de l'Activité 1
1. L'atome de fer a $Z=26$ : il possède **26 protons** et **26 électrons** (neutralité électrique).
2. L'atome d'aluminium a $Z=13$ : il possède **13 protons** et **13 électrons**.
3. Le noyau de l'atome d'aluminium contient deux fois moins de nucléons (protons + neutrons) que celui du fer : chaque atome d'aluminium est donc environ deux fois plus léger, ce qui rend les tôles d'aluminium bien plus légères à volume égal.
Composition de l'Air Comprimé & Molécules
Situation Professionnelle
Une cabine de peinture automobile est alimentée par une cuve de $500\text{ litres}$ d'air comprimé. L'air est composé de $78\%$ de diazote ($\text{N}_2$), $21\%$ de dioxygène ($\text{O}_2$) et $1\%$ d'autres gaz.
Travail à réaliser
1. Classification (Compétence S'approprier) : L'air comprimé est-il un corps pur ou un mélange ? Justifier.
2. Formules Moléculaires (Compétence Réaliser) : Indiquer le nombre et le nom des atomes présents dans une molécule de diazote ($\text{N}_2$) et dans une molécule de dioxygène ($\text{O}_2$).
3. Volume de Dioxygène (Compétence Réaliser) : Calculer le volume en litres de dioxygène présent dans la cuve de $500\text{ L}$ d'air comprimé ($21\%$ de $500\text{ L}$).
Voir le corrigé de l'Activité 2
1. C'est un **mélange homogène** car il contient plusieurs espèces chimiques distinctes ($\text{N}_2$, $\text{O}_2$, $\text{CO}_2$, $\text{Ar}$).
2. $\text{N}_2$ : **2 atomes d'azote** | $\text{O}_2$ : **2 atomes d'oxygène**.
3. $V(\text{O}_2) = 500 \times 0{,}21 = \mathbf{105\text{ Litres}}$ de dioxygène.
Combustion du Méthane & Sécurité Chauffage
Situation Professionnelle
Un technicien chauffagiste vérifie le brûleur d'une chaudière au gaz naturel (méthane $\text{CH}_4$). L'équation de la combustion complète est : $$\text{CH}_4 + 2\text{ O}_2 \longrightarrow \text{CO}_2 + 2\text{ H}_2\text{O}$$
Questions & Réactions Chimiques
1. Identification des Réactifs et Produits (Compétence S'approprier) : Nommer les deux réactifs consommés et les deux produits formés lors de cette réaction chimique.
2. Conservation des Atomes (Compétence Analyser) : Compter le nombre d'atomes de chaque élément (C, H, O) avant la flèche (réactifs) et après la flèche (produits). Que constate-t-on ?
3. Danger de Combustion Incomplète (Compétence Communiquer) : Si l'arrivée d'air est insuffisante, il se forme du monoxyde de carbone ($\text{CO}$). Quel est le danger majeur de ce gaz pour les occupants d'une habitation ?
Voir le corrigé de l'Activité 3
1. Réactifs : Méthane ($\text{CH}_4$) et Dioxygène ($\text{O}_2$) | Produits : Dioxyde de carbone ($\text{CO}_2$) et Eau ($\text{H}_2\text{O}$).
2. Réactifs : $1\text{ C}, 4\text{ H}, 4\text{ O}$ | Produits : $1\text{ C}, 4\text{ H}, 4\text{ O}$. Le nombre d'atomes de chaque élément est strictement conservé (loi de Lavoisier).
3. Le monoxyde de carbone ($\text{CO}$) est un gaz incolore, inodore et **mortellement toxique** par asphyxie.